JP2005006395A

JP2005006395A - ハイブリッド車両の発進駆動力制御装置

Info

Publication number: JP2005006395A
Application number: JP2003166413A
Authority: JP
Inventors: Seishi Shimamura; 青之島村
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 2003-06-11
Filing date: 2003-06-11
Publication date: 2005-01-06

Abstract

【課題】発進時、加速スリップの発生があってもスムーズな発進加速を確保することができるハイブリッド車両の発進駆動力制御装置を提供すること。
【解決手段】駆動源としてエンジン１と電動モータ３を設け、電動モータトルクをエンジントルクに付加して駆動輪を駆動可能なハイブリッド車両において、車両発進時、ドライバーの加速意思に応じた出力トルクを電動モータ３のみで発生するモータ制御手段と、前記電動モータ３のみでの発進開始から所定時間後、エンジントルクを左右後輪８，９に伝達するエンジン制御手段と、前記電動モータ３の駆動力のみでの発進初期域で加速スリップが発生すると、電動モータトルクのみを制御して加速スリップを抑制する発進駆動力制御手段と、を備えた。
【選択図】図２

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電動モータトルクをエンジントルクに付加して駆動輪を駆動可能なハイブリッド車両の発進駆動力制御装置の技術分野に属する。
【０００２】
【従来の技術】
従来のハイブリッド車両の発進駆動力制御装置は、加速時の車輪スリップ抑制手段として、モータとエンジンの各出力トルクのダウン度合の割合を変更するようにしている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特開２０００−２７４２７０号公報。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来のハイブリッド車両の発進駆動力制御装置にあっては、モータとエンジンの２つの出力トルク制御により加速時の車輪スリップを抑制するものであり、発進時、「エンジントルク立ち上げ→スリップ検知→エンジントルクダウン→再度エンジントルク立ち上げ」といった手順にて駆動力が制御されるため、出力トルクの変動が発生し、スムーズな発進加速を損なってしまうという問題がある。
【０００５】
本発明は、上記問題に着目してなされたもので、発進時、加速スリップの発生があってもスムーズな発進加速を確保することができるハイブリッド車両の発進駆動力制御装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明では、駆動源としてエンジンと電動モータを設け、電動モータトルクをエンジントルクに付加して駆動輪を駆動可能なハイブリッド車両において、
車両発進時、ドライバーの加速意思に応じた出力トルクを電動モータのみで発生するモータ制御手段と、
前記電動モータのみでの発進開始から所定時間後、エンジントルクを駆動輪に伝達するエンジン制御手段と、
前記電動モータの駆動力のみでの発進初期域で加速スリップが発生すると、電動モータトルクのみを制御して加速スリップを抑制する発進駆動力制御手段と、
を備えた手段とした。
【０００７】
【発明の効果】
よって、本発明のハイブリッド車両の発進駆動力制御装置にあっては、車両発進時、電動モータは高トルクを発生できるのでスムーズな発進が可能であると共に、制御応答性が高いため加速スリップが発生しても迅速に抑制できる。すなわち、発進時、電動モータのみでの発進及び加速スリップ抑制によりスムーズな発進加速を確保することができる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明のハイブリッド車両の発進駆動力制御装置を実現する実施の形態を、図面に示す第１実施例に基づいて説明する。
【０００９】
（第１実施例）
まず、構成を説明する。
図１は第１実施例のハイブリッド車両の発進駆動力制御装置を示す全体システム図である。ハイブリッド駆動系は、図１に示すように、エンジン１、トルクコンバータ付き自動変速機２、電動モータ３、プロペラシャフト４、ディファレンシャル５、ドライブシャフト６，７、後輪８，９（駆動輪）を備えている。
【００１０】
ハイブリッド車両は、エンジン１から左右後輪８，９に至る駆動経路の途中に電動モータ３が設けられ、該電動モータ３による電動モータトルクをエンジン１によるエンジントルクに付加して左右後輪８，９を駆動可能で、これに従動輪である左右前輪１０，１１を加えて構成される。
【００１１】
前記トルクコンバータ付き自動変速機２は、エンジン１から左右後輪８，９に至る駆動経路の途中に配置され、前記電動モータ３を、トルクコンバータ付き自動変速機２よりも左右後輪８，９の駆動経路に設けている。
【００１２】
ハイブリッド制御系は、図１に示すように、ハイブリッドコントローラ１２、エンジンコントローラ１３、モータコントローラ１４、ＡＴコントローラ１５、電子制御スロットル１６、インバータ１７、バッテリ１８を備えている。
【００１３】
前記ハイブリッドコントローラ１２には、左前輪速センサ１９、右前輪速センサ２０、左後輪速センサ２１、右後輪速センサ２２、車速センサ２３（車速検出手段）、アクセル開度センサ２４（アクセル開度検出手段）、ブレーキスイッチ２５等からの情報が入力される。
【００１４】
前記ハイブリッドコントローラ１２は、例えば、発進駆動力制御時において、エンジンコントローラ１３とモータコントローラ１４に対し、それぞれ制御指令を出力する。なお、前記ハイブリッドコントローラ１２に対し、エンジンコントローラ１３、モータコントローラ１４、ＡＴコントローラ１５は、それぞれＣＡＮ等の双方向通信線２６，２７，２８により接続される。
【００１５】
前記エンジンコントローラ１３は、ハイブリッドコントローラ１２からの制御指令に基づく電子制御スロットル１６への指令により、エンジン１のスロットルバルブ開度を制御する。
【００１６】
前記モータコントローラ１４は、ハイブリッドコントローラ１２からの制御指令に基づくインバータ１７への指令により、電動モータ３にバッテリ１８からの電力を供給してモータトルクを出したり、電動モータ３を発電機として用いて発電された電力をバッテリ１８に回収する。
【００１７】
前記ＡＴコントローラ１５は、ハイブリッドコントローラ１２からの制御指令に基づき必要に応じてトルクコンバータ付き自動変速機２の変速制御等を行う。また、ＡＴコントローラ１５からトルクコンバータ付き自動変速機２のギヤ位置情報をハイブリッドコントローラ１２が受け取る。
【００１８】
次に、作用を説明する。
【００１９】
［発進時駆動力制御処理］
図２は第１実施例装置のハイブリッドコントローラ１２にて実行される発進時駆動力制御処理の流れを示すフローチャートで、以下、各ステップについて説明する。なお、この制御開始時には、エンジン１は停止、又は、アイドル状態にてエンジン１は積極的な駆動力を発生していない状態で停止している。
【００２０】
ステップＳ１では、発進時、アクセル開度センサ１４からのアクセル開度（ドライバーの加速意思）に応じた出力トルクを電動モータ３のみで発生し、ステップＳ２へ移行する（モータ制御手段）。
ここで、発進時判断は、例えば、車速センサ２３からの車速がゼロで、ブレーキスイッチ２５からのスイッチ信号によりブレーキ作動からブレーキ解放となり、かつ、アクセル開度センサ１４からのアクセル開度がゼロから変化した場合に発進時であると判断する。
【００２１】
ステップＳ２では、例えば、左右前輪速Ｖｆｌ，Ｖｆｒと左右後輪速Ｖｒｌ，Ｖｒｒとを用いて下記のようにスリップ率Ｓを検出し、ステップＳ３へ移行する。
ここで、スリップ率Ｓは、
Ｓ＝｛（駆動輪速−従動輪速）／従動輪速｝×１００％
但し、駆動輪速＝１／２（Ｖｒｌ＋Ｖｒｒ）、従動輪速＝１／２（Ｖｆｌ＋Ｖｆｒ）
の式により算出される。
【００２２】
ステップＳ３では、ステップＳ２にて検出されたスリップ率Ｓが、加速スリップしきい値を超えているか否かが判断され、ＹＥＳの場合にはステップＳ４へ移行し、ＮＯの場合はステップＳ５へ移行する。
【００２３】
ステップＳ４では、ステップＳ３での加速スリップ判断に基づいて、電動モータ３のモータトルク制御により加速スリップを抑制する制御が実行され、ステップＳ５へ移行する（発進駆動力制御手段）。
【００２４】
ステップＳ５では、例えば、前記スリップ率Ｓにより路面μを推定し、推定した路面μに基づいて、駆動力が伝達されるタイヤが路面から受けるスリップ限界反力である路面限界反力を推定し、ステップＳ６へ移行する（路面限界反力推定手段）。なお、路面μの推定手法としては、スリップ率Ｓ以外の情報、例えば、雨滴情報や路面凹凸情報やインフラ情報等により推定しても良い。
【００２５】
ステップＳ６では、ステップＳ５で求められた路面限界反力と、アクセル開度センサ２４からのアクセル開度と、ＡＴコントローラ１５からのギヤ位置と、予め設定されている最大駆動力マップと、を用いて、立上げ許可車速を決定し、ステップＳ７へ移行する（エンジントルク立上げタイミング算出手段）。
ここで、最大駆動力マップとしては、例えば、図３に示すように、横軸に車速を取り、縦軸に車輪駆動力を取ったマップを、アクセル開度及びギヤ位置毎に複数枚用意する（最大駆動力マップ設定手段）。そして、例えば、アクセル開度が８／８（全開）で、ギヤ位置が１速で、路面限界反力値がＴｌｉｍｔである場合、図３に示す最大駆動力マップを参照して立上げ許可車速をＶに決定する。
【００２６】
ステップＳ７では、車速センサ２３からの車速検出値ｖが、ステップＳ６にて決定された立上げ許可車速Ｖからエンジン始動時間遅れαを差し引いた値以上であるか否かが判断され、ＹＥＳの場合はステップＳ８へ移行し、ＮＯの場合はステップＳ１へ戻る。
【００２７】
ステップＳ８では、ステップＳ７で車速検出値ｖが（Ｖ−α）以上であるという判断に基づいて、エンジン１を始動し、エンジントルクの立上げを開始する。ここで、加速スリップが生じないと推定したタイミングでエンジントルクを立上げたにもかかわらず、路面限界反力の推定誤差や路面状況の急変により加速スリップが発生した場合には、まず、電動モータ３によるモータトルクを低下させ、モータトルクをゼロにしても加速スリップが抑えられないと判断した場合には、エンジン１のみの単体による従来のトルクダウン制御に移行して加速スリップ抑制制御を行う。なお、ステップＳ７及びステップＳ８は、エンジン制御手段に相当する。
【００２８】
［発進時駆動力制御作動］
発進時であって、加速スリップの発生が無い時は、図２のフローチャートにおいて、ステップＳ１→ステップＳ２→ステップＳ３→ステップＳ５→ステップＳ６→ステップＳ７へと進む流れが繰り返され、発進開始から車速検出値ｖが（Ｖ−α）以上となるまでは、アクセル開度に応じた出力トルクを電動モータ３のみで発生するモータ発進モードで加速走行する。
【００２９】
そして、この発進開始から車速検出値ｖが（Ｖ−α）以上となるまでの間に、加速スリップが発生すると、図２のフローチャートにおいて、ステップＳ１→ステップＳ２→ステップＳ３→ステップＳ４→ステップＳ５→ステップＳ６→ステップＳ７へと進む流れとなり、ステップＳ４において、電動モータ３のモータトルク制御により加速スリップを抑制する制御が実行される。
【００３０】
そして、車速検出値ｖが（Ｖ−α）以上になると、図２のフローチャートにおいて、ステップＳ７からステップＳ８へと進む流れとなり、ステップＳ８において、エンジン始動によりエンジントルクの立上げが開始され、これ以降は、エンジントルクにモータトルクを付加して左右後輪８，９を駆動する走行モードへ移行する。
【００３１】
すなわち、第１実施例装置では、図４に示すように、発進開始時点ｔ１でアクセルペダルをステップ的に踏み込むと、車速がエンジン立上げ許可車速−αとなる時点ｔ２までは、アクセル開度に応じた車両駆動力（出力トルク）を電動モータ３のみで発生するモータ発進モードで加速走行する。
【００３２】
そして、車速がエンジン立上げ許可車速−αになる時点ｔ２以降においては、と、エンジン始動によりエンジントルクの立上げが開始され、エンジントルクにモータトルクを付加して車両駆動力を得る走行モードへ移行する。
【００３３】
この発進時、高トルクを発生でき制御応答性も良い電動モータ３での発進となることで、トルク変動のないスムーズな加速発進となる。また、発進開始時点ｔ１からエンジントルクの立上げが開始される時点ｔ２までの間の発進初期域において、加速スリップが発生しても、電動モータ３のみによるトルク制御にて、応答良く迅速に加速スリップを抑制する制御が実行され、トルク変動を抑えた滑らかな発進性能が確保される。さらに、電動モータ３は、駆動系においてトルクコンバータよりも下流位置に配置されるため、電動モータ３による効率性や制御応答性をトルクコンバータで損なうこともない。
【００３４】
［発進時の加速スリップ抑制作用］
ハイブリッド車両のようにエンジンの他にモータを搭載した車両では、高い発進トルクを得ることができるが、エンジン及びモータの体格が十分に大きい車両（特にトルクコンバータ付き）では、スリップ限界を超えてしまい加速スリップが発生してしまうことがある。
【００３５】
この加速スリップに対し、ひとつには従来車両と同様に、ＴＣＳ制御等でエンジン駆動力を絞る制御（燃料カットやスロットルバルブを閉じる）を行う方法があるが、応答性の面で優れているとはいえず、発進加速性能を低下させていた。つまり、発進時、「エンジントルク立ち上げ→スリップ検知→エンジントルクダウン→再度エンジントルク立ち上げ」といった手順にて駆動力が制御されるため、出力トルクの変動が発生し、スムーズな発進加速を損なってしまう。
【００３６】
また、他にエンジンの余剰トルクをモータで回生してやる方法もあるが、この場合、下記に列挙するような問題がある。
・モータ効率の悪い低回転領域での回生となり、無駄になるエネルギーが多く、効率が悪くなる。
・バッテリが充電不可の場合は使用できない。
・低速低トルクでエンジンに負荷をかけることになり、エンジンストールが発生する可能性がある。
【００３７】
さらに、ブレーキ制動力を高める方法は、エネルギーを捨てていることになり、効率が悪いという問題があった。
【００３８】
これに対し、第１実施例装置では、発進開始時点ｔ１からエンジントルクの立上げが開始される時点ｔ２までの間の発進初期域において、加速スリップが発生しても、電動モータ３のみによるトルク制御にて加速スリップを抑制する制御が実行されるため、下記に列挙する利点を有する。
・応答性の高い電動モータ３により、加速スリップの発生から速やかに加速スリップを抑制することができ、スムーズな発進加速を損なわせることがない。
・余剰トルクの回生を行わないので、低回転領域での損失が発生せず、効率が高い。
・余剰トルクの回生を行わないので、バッテリの受け入れ可能電力に左右されない。
・余剰トルクの回生を行わないので、低速低トルクでエンジンに大きな負荷をかけることによるエンジンストールの発生を回避できる。
・ブレーキ制動力を使わないので、損失が無く効率が高い。
【００３９】
次に、効果を説明する。
第１実施例のハイブリッド車両の発進駆動力制御装置にあっては、下記に列挙する効果を得ることができる。
【００４０】
（１）駆動源としてエンジン１と電動モータ３を設け、電動モータトルクをエンジントルクに付加して駆動輪を駆動可能なハイブリッド車両において、車両発進時、ドライバーの加速意思に応じた出力トルクを電動モータ３のみで発生するモータ制御手段と、前記電動モータ３のみでの発進開始から所定時間後、エンジントルクを左右後輪８，９に伝達するエンジン制御手段と、前記電動モータ３の駆動力のみでの発進初期域で加速スリップが発生すると、電動モータトルクのみを制御して加速スリップを抑制する発進駆動力制御手段と、を備えたため、発進時、加速スリップの発生があってもスムーズな発進加速を確保することができる。
【００４１】
（２）前記エンジン１から左右後輪８，９に至る駆動経路の途中にトルクコンバータ付き自動変速機２を配置し、前記電動モータ３を、トルクコンバータ付き自動変速機２よりも左右後輪８，９の駆動経路に設けたため、電動モータ３のみを使う発進初期域で電動モータ３による効率性及び制御応答性をトルクコンバータにより損なうことがないし、エンジン１と電動モータ３とを併用するその後の発進域でトルクコンバータの伝達効率の高い領域を使うことができる。
【００４２】
（３）アクセル開度を検出するアクセル開度センサ２４と、アクセル開度の要求するエンジンスロットル開度にしてもスリップしないと判断されるエンジントルク立上げタイミングを算出するエンジントルク立上げタイミング算出手段と、を設け、前記エンジン制御手段は、電動モータ３のみでの発進開始後、算出されたエンジントルク立上げタイミングにてエンジントルクを立上げ、左右後輪８，９に伝達するため、電動モータ３のみによる発進初期域からエンジン１と電動モータ３との併用域への駆動モード切替時に加速スリップを抑えたスムーズな車両駆動力の受け渡しを行うことができる。
【００４３】
（４）車速を検出する車速センサ２３と、加速スリップを生じない路面限界反力を推定する路面限界反力推定ステップＳ５と、車速をパラメータとする最大駆動力マップをアクセル開度毎に設定した最大駆動力マップ設定手段と、を設け、前記エンジントルク立上げタイミング算出手段は、路面限界反力推定値と最大駆動力マップに基づいて立上げ許可車速Ｖを決定し、前記エンジン制御手段は、電動モータ３のみでの発進開始後、車速検出値ｖが立上げ許可車速Ｖからエンジン１の応答遅れによる補正車速αを差し引いた値に達したら、エンジン１を始動するため、電動モータ３のみによる発進初期域からエンジン１と電動モータ３との併用域への駆動モード切替タイミングを車速の監視により容易に判断することができる。
【００４４】
（５）加速スリップが生じないと推定したタイミングでエンジン１を始動し、エンジントルクを立上げたにもかかわらず、加速スリップが発生した場合には、まず、電動モータ３によるモータトルクを低下させ、モータトルクをゼロにしても加速スリップが抑えられないと判断した場合には、エンジン１のみの単体によるトルクダウン制御に移行して加速スリップ抑制制御を行うエンジン始動後駆動力制御手段を設けたため、路面限界反力の推定誤差や路面状況（路面μ）の急変があっても適切に加速スリップを抑制することができる。
【００４５】
以上、本発明のハイブリッド車両の発進駆動力制御装置を第１実施例に基づき説明してきたが、具体的な構成については、この第１実施例に限られるものではなく、特許請求の範囲の各請求項に係る発明の要旨を逸脱しない限り、設計の変更や追加等は許容される。
【００４６】
例えば、第１実施例では、エンジンから駆動輪に至る駆動経路の途中に電動モータを設けたハイブリッド車両への適用例を示したが、電動モータトルクをエンジントルクに付加して駆動輪を駆動可能なハイブリッド車両であれば、エンジンと電動モータとが並列配置のハイブリッド車両にも適用することができる。さらに、トルクコンバータが搭載されていないハイブリッド車両にも適用することができる。
【００４７】
また、加速スリップが生じないと推定したタイミングでエンジンを始動する例を示したが、タイマー管理等で発進開始から所定時間を電動モータのみによる駆動モードとし、所定時間を経過した後、エンジンと電動モータによる駆動モードに切り替えるような例としても良い。
【図面の簡単な説明】
【図１】
第１実施例のハイブリッド車両の発進駆動力制御装置を示す全体システム図である。
【図２】
第１実施例装置のハイブリッドコントローラにて実行される発進時駆動力制御処理の流れを示すフローチャートである。
【図３】
第１実施例装置において立上げ許可車速の決定に用いられる最大駆動力マップを示す図である。
【図４】
第１実施例装置において発進時のアクセル開度・車速・路面限界反力・車両駆動力・モータトルク・エンジントルクの各特性を示すタイムチャートである。
【符号の説明】
１エンジン
２トルクコンバータ付き自動変速機
３電動モータ
４プロペラシャフト
５ディファレンシャル
６，７ドライブシャフト
８，９後輪（駆動輪）
１０，１１左右前輪
１２ハイブリッドコントローラ
１３エンジンコントローラ
１４モータコントローラ
１５ＡＴコントローラ
１６電子制御スロットル
１７インバータ
１８バッテリ
１９左前輪速センサ
２０右前輪速センサ
２１左後輪速センサ
２２右後輪速センサ
２３車速センサ（車速検出手段）
２４アクセル開度センサ（アクセル開度検出手段）
２５ブレーキスイッチ

Claims

駆動源としてエンジンと電動モータを設け、電動モータトルクをエンジントルクに付加して駆動輪を駆動可能なハイブリッド車両において、車両発進時、ドライバーの加速意思に応じた出力トルクを電動モータのみで発生するモータ制御手段と、
前記電動モータのみでの発進開始から所定時間後、エンジントルクを駆動輪に伝達するエンジン制御手段と、
前記電動モータの駆動力のみでの発進初期域で加速スリップが発生すると、電動モータトルクのみを制御して加速スリップを抑制する発進駆動力制御手段と、
を備えたことを特徴とするハイブリッド車両の発進駆動力制御装置。
請求項１に記載されたハイブリッド車両の発進駆動力制御装置において、
前記エンジンから駆動輪に至る駆動経路の途中にトルクコンバータを配置し、前記電動モータを、トルクコンバータよりも駆動輪側の駆動経路に設けたことを特徴とするハイブリッド車両の発進駆動力制御装置。
請求項１または請求項２に記載されたハイブリッド車両の発進駆動力制御装置において、
アクセル開度を検出するアクセル開度検出手段と、
アクセル開度の要求するエンジンスロットル開度にしてもスリップしないと判断されるエンジントルク立上げタイミングを算出するエンジントルク立上げタイミング算出手段と、を設け、
前記エンジン制御手段は、電動モータのみでの発進開始後、算出されたエンジントルク立上げタイミングにてエンジントルクを立上げ、駆動輪に伝達することを特徴とするハイブリッド車両の発進駆動力制御装置。
請求項３に記載されたハイブリッド車両の発進駆動力制御装置において、
車速を検出する車速検出手段と、
加速スリップを生じない路面限界反力を推定する路面限界反力推定手段と、
車速をパラメータとする最大駆動力マップをアクセル開度毎に設定した最大駆動力マップ設定手段と、を設け、
前記エンジントルク立上げタイミング算出手段は、路面限界反力推定値と最大駆動力マップに基づいて立上げ許可車速を決定し、
前記エンジン制御手段は、電動モータのみでの発進開始後、車速検出値が立上げ許可車速からエンジンの応答遅れによる補正車速を差し引いた値に達したら、エンジンを始動することを特徴とするハイブリッド車両の発進駆動力制御装置。
請求項４に記載されたハイブリッド車両の発進駆動力制御装置において、
加速スリップが生じないと推定したタイミングでエンジンを始動し、エンジントルクを立上げたにもかかわらず、加速スリップが発生した場合には、まず、電動モータによるモータトルクを低下させ、モータトルクをゼロにしても加速スリップが抑えられないと判断した場合には、エンジンのみの単体によるトルクダウン制御に移行して加速スリップ抑制制御を行うエンジン始動後駆動力制御手段を設けたことを特徴とするハイブリッド車両の発進駆動力制御装置。