JP2005054858A - ハイブリッド車両 - Google Patents

Abstract

【課題】エンジンで一方の車輪駆動軸を駆動し、モータで他方の車輪駆動軸を駆動するハイブリッド車両において、アイドルストップ後にエンジンを再始動した際に、車両ショックの発生を防止しつつ、エンジン駆動力を早期に車輪駆動軸に伝達させる。
【解決手段】エンジンから車輪駆動軸に至るエンジン駆動力伝達経路の締結・解放を行うクラッチ機構を有するエンジン駆動力伝達手段を備える。エンジン再始動条件（アイドルストップ解除条件）が成立した場合には、スタータモータを駆動してエンジンを自動的に再始動するが、かかる再始動直後は、前記クラッチ機構は解放されており、モータの駆動力によって車両走行を行う。そして、再始動後におけるエンジン特性（エンジン回転速度）のオーバーシュート（ａ部）が経過してから前記クラッチ機構を締結させてエンジン駆動力を車輪駆動軸へ伝達させるようにする。
【選択図】 図３

Description

本発明は、一方の車輪駆動軸をエンジンにより駆動し、他方の車輪駆動軸をモータにより駆動することで四輪駆動走行が可能なハイブリッド車両に関し、特に車両停車中にエンジンを自動停止するアイドルストップ後のエンジン自動再始動時の制御に関する。

一方の車輪駆動軸をエンジンにより駆動し、他方の車輪駆動軸をモータにより駆動することで四輪駆動走行が可能なハイブリッド車両としては、特許文献１に開示されたものがある。このハイブリッド車両は、エンジンが前輪駆動軸を駆動すると共に発電機を駆動し、この発電機の発電した電力をモータに供給し、このモータが後輪駆動軸を駆動することで四輪駆動走行を行うようになっている。

ところで、上記のようなハイブリッド車両では、駆動源としてエンジンとモータとを併用しているものの、主たる駆動源はエンジンであることから、車両走行中は、原則としてエンジンの駆動力を前輪駆動軸に伝達させている。
ここで、上記ハイブリッド車両において車両停車中にエンジンを自動停止するアイドルストップを行うようにした場合、エンジンの再始動後のあまり早い時期にエンジン駆動力を前輪駆動軸に伝達させるようにすると、以下のような問題が生じる。

すなわち、前記エンジンの再始動は、吸気負圧が十分に発達していない状態で行われることになるため、再始動直後にエンジン回転速度のオーバーシュートが発生し、その急激な回転速度変化により車両ショックが発生してしまう。一方、エンジン駆動力の前輪駆動軸への伝達をあまり遅らせると、十分な走行性能を得られず、また、燃費の面でも問題がある。
特開２０００−２７２３６７号公報

本発明は、エンジンで一方の車輪駆動軸を駆動すると共に、前記エンジンの出力の一部を発電機で電力に変換してモータに供給し、このモータで他方の車輪駆動軸を駆動するハイブリッド車両において、アイドルストップ後にエンジンを再始動した際に、車両ショックの発生を防止しつつ、エンジン駆動力を早期に車輪駆動軸に伝達させることを目的とする。

このため、本発明に係るハイブリッド車両は、エンジンで一方の車輪駆動軸を駆動すると共に発電機を駆動し、この発電機の発電した電力をモータに供給し、このモータで他方の車輪駆動軸を駆動するハイブリッド車両において、エンジンから前記一方の車輪駆動軸に至るエンジン駆動力伝達経路の締結・解放を切換可能なクラッチ機構を有するエンジン駆動力伝達手段と、車両停車中にエンジンを自動停止し、車両が発進する際に停止したエンジンを自動的に再始動するエンジン自動停止・再始動制御手段と、を備えて構成し、エンジン自動停止・再始動制御手段が、エンジンの停止中は前記クラッチ機構を解放すると共にエンジンの再始動直後は前記モータの駆動力によって車両走行を行わせる一方、エンジンの再始動後におけるエンジン特性のオーバーシュートが経過してから前記クラッチ機構を締結するようにした。

本発明に係るハイブリッド車両によると、アイドルストップ後にエンジンが再始動しても、すぐにはエンジン駆動力を車輪駆動軸に伝達させず、モータの駆動力で車両走行を行い、エンジン特性（回転速度等）のオーバーシュートの経過を待ってエンジン駆動力を車輪駆動軸に伝達させる。
これにより、エンジン再始動後に生じるエンジン特性のオーバーシュートに伴う車両ショックを確実に防止しつつ、可能な限り早期にエンジン駆動力を車輪駆動軸へと伝達させることができる。

以下、本発明の実施形態を図に基づいて説明する。
図１は、本発明の実施形態に係るハイブリッド車両のシステム構成図である。このハイブリッド車両は、前輪駆動軸がエンジン１によって、後輪駆動軸が電動モータ１４によって駆動されるようになっており、四輪駆動走行が可能である。
図１において、エンジン１には、イグニッションキーによってエンジン１を始動回転させるほか、後述するアイドルストップ（エンジン１の自動停止）中の再始動指令によってもエンジン１を始動回転させるスタータモータ２が設けられている。

エンジン１の吸気通路３には、吸入空気量を制御するスロットルバルブ４が介装されている。このスロットルバルブ４は、アクセルペダル５の踏み込み量等に応じてその開度（スロットル開度）が調整制御されるアクセルバイワイヤー方式のものであり、ステップモータ（アクチュエータ）６のステップ数に応じた回転角により開度調整される。
エンジン１の出力トルク（エンジン駆動力）は、トルクコンバータ７、自動変速機８及びディファレンシャルギヤ９を介して左右の前輪１０Ｌ、１０Ｒに伝達されると共に、その一部が無端ベルト１１を介して発電機１２にも伝達されるようになっている。

前記トルクコンバータ７は、ロックアップクラッチ付きのものであって、エンジン駆動力を流体（作動油）を介して自動変速機８に伝達する流体式伝達機構（図示省略）と、この流体式伝達機構に対して並列に連結されるロックアップクラッチ機構（図示省略）とからなる。なお、このロックアップクラッチ機構では、そのロックアップクラッチを締結することでトルクコンバータ７の入力軸（エンジンの出力軸）と出力軸（自動変速機８の入力軸）とを機械的に結合させて係合状態とし、ロックアップクラッチを解放することで前記機械的な結合を解除した非係合状態とすると共に、係合状態と非係合状態の中間の半係合状態とすることも可能である。

前記発電機１２は、エンジン１の回転速度Ｎｅにプーリ比を乗じた回転速度Ｎｈで回転駆動され、電圧調整器（レギュレータ）１３によって調整される界磁電流Ｉｆｈに応じてエンジン１に対する負荷となり、この負荷に応じた電力を発電する。
電動モータ１４は、ジャンクションボックス１５を介して前記発電機１２と接続されており、発電機１２の発電した電力の供給を受けて作動して、その界磁電流Ｉｆｍに応じた駆動トルク（モータ駆動力）を出力する。なお、前記ジャンクションボックス１５内にはリレー１６が設けられており、そのＯＮ／ＯＦＦを操作することで、前記発電機１２から電動モータ１４への電力の供給又はその遮断を切り換えるようになっている。

前記電動モータ１４の出力したモータ駆動力は、減速機１７及びディファレンシャルギヤ１８を介して左右の後輪１９Ｌ、１９Ｒに伝達されるようになっている。
ここにおいて、エンジン１、発電機１２及び電動モータ１４を統合的に制御するハイブリッドコントローラ（ＨＣＭ）２０には、エンジン回転速度Ｎｅを検出するエンジン回転速度センサ２１、セレクトレバー位置を検出するセレクトレバースイッチ２２、アクセル開度ＡＰＯを検出するアクセル開度センサ２３、車速Ｖｓを検出する車速センサ２４、エンジン冷却水温度Ｔｗを検出する水温センサ２５、電動モータ１４の駆動軸の回転速度Ｎｍを検出するモータ回転速度センサ２６、各車輪（１０Ｌ、１０Ｒ、１９Ｌ、１９Ｒ）それぞれに設けられた車輪速センサ（２７ＦＬ、２７ＦＲ、２７ＲＬ、２７ＲＲ）、エンジン１の駆動力のみによって走行する２ＷＤモードとエンジン１及び電動モータ１４の駆動力によって走行する４ＷＤモードとを選択するモード選択スイッチ２８等の各センサ類からの信号が入力される。

そして、ＨＣＭ２０は、これらの入力情報に基づいて所定の演算処理を行い、エンジンコントローラ（ＥＣＭ）３０、モータコントローラ３１（ＭＣＭ）に制御指令を出力（送信）する。
ＥＣＭ３０は、ＨＣＭ２０からの制御指令に基づいて、主として、燃料噴射制御、点火時期制御等のエンジン制御、前記ロックアップクラッチの締結・解放制御、前記自動変速機８の変速制御を行う。また、車両停車中に所定のエンジン自動停止条件が成立した場合には、エンジン１を自動的に停止させて、燃料消費やエミッション排出を抑制するアイドルストップを行うと共に、かかるアイドルストップ中に所定のエンジン再始動条件（アイドルストップ解除条件）が成立した場合には、前記スタータモータ２に再始動指令を出力してエンジン１を自動的に再始動させる。

一方、ＭＣＭ３１は、ＨＣＭ２０からの制御指定に基づいて、前記リレー１６のＯＮ／ＯＦＦ切換制御、電圧調整器１３により発電機１２の界磁電流を調整することにより行う発電量制御、電動モータ１４の界磁電流を調整することにより行うモータ駆動力制御を行う。なお、前記モード選択スイッチ２８によって２ＷＤモードが選択されている場合には、原則として、前記リレー１６をＯＦＦとすると共に前記発電機１２の発電量を０としてエンジン１に対する負荷とならないようにする。

ここで、エンジン１の自動停止（アイドルストップ）及び再始動を行う場合の処理について図２、図３に基づいて説明する。図２は、エンジン１の自動停止処理及び再始動処理を示すフローチャートであり、図３は、エンジン１の再始動後におけるトルクコンバータ７（ロックアップクラッチ）の動作の概要を示したものである。
図２において、Ｓ１では、エンジン自動停止条件の成否を判定する。かかるエンジン自動停止条件としては、例えば、（１）セレクトレバーが走行レンジにあること、（２）車速Ｖｓが所定値以下であること、（３）ブレーキペダルが踏み込まれていること、である。

なお、発電機１２の発電した電力を充電可能であり、また、電動モータ１４の電力源ともなり得るバッテリを備えている場合は、このバッテリの残容量（例えば、バッテリ開放端電圧から推定する）が所定値以上であることを前記エンジン自動停止条件に加えるようにしてもよい。そして、エンジン自動停止条件が成立していればＳ２に進む。
Ｓ２では、エンジン１への燃料供給をカットして、エンジン１を自動停止させる（アイドルストップを行う）。

Ｓ３では、エンジン再始動条件（アイドルストップ解除条件）の成否を判定する。かかるエンジン再始動条件としては、例えば、（１）ブレーキペダルの踏み込みが緩められたこと、（２）アクセルペダルが踏み込まれたこと、である。なお、前記バッテリを備えている場合には、前記バッテリの残容量が所定値以下であることを前記エンジン再始動条件に追加する。そして、エンジン再始動条件が成立していればＳ４に進み、成立していなければそのままアイドルストップを継続する。

Ｓ４では、エンジン再始動条件が成立したので、スタータモータ３に再始動指令を出力してエンジン１を再始動させる。これにより、発電機１２は駆動され、その界磁電流Ｉｆｈに応じた電力の発電を開始する。なお、このとき、前記ロックアップクラッチは解放されており、トルクコンバータ７の入出力軸間の機械的な結合は解除されている（非係合状態にある）。このため、再始動直後においては、エンジン１の駆動力が自動変速機８側に伝達されることはない（ほとんどない）。

Ｓ５では、リレー１６をＯＮとして発電機１３の発電した電力を電動モータ１４に供給し、その界磁電流Ｉｆｍに応じたモータ駆動力を発生させて車両走行を行う。
すなわち、アイドルストップ後のエンジン再始動直後においては、モード選択スイッチ２８によって２ＷＤモードが選択されているか４ＷＤモードが選択されているかにかかわらず、電動モータ１４によって車両走行を行うようにする。なお、このとき、前記ロックアップクラッチは、締結前の状態で待機させておくようにする。

Ｓ６では、エンジン１の再始動が完了したか否かを判定する。具体的には、エンジン再始動後におけるエンジン回転速度Ｎｅのオーバーシュートが経過し、エンジン回転が安定した状態になったときをエンジン１の再始動完了と判定する。なお、かかるエンジン再始動完了の判定は、実際にエンジン回転速度Ｎｅをモニタして行うようにするほか、例えば、オーバーシュートが経過するまでの時間をあらかじめ求めておき、この時間の経過をもって再始動完了と判定するようにしてもよい。そして、エンジン１の再始動完了を待ってＳ７に進む。

Ｓ７では、前記ロックアップクラッチを締結してトルクコンバータ７の入出力軸間を機械的に結合させた係合状態とし、エンジン１の自動停止処理及び再始動処理を終了する。
エンジン１の再始動は、吸気負圧が十分に発達する前に行われるため、再始動直後においてはエンジン回転速度のオーバーシュートが発生する（図３のａ部参照）。
従って、このときにエンジン１の出力軸と自動変速機８の入力軸とが機械的に結合されていると（係合状態にあると）その急激な回転速度変化によって車両ショックが発生することになる。

一方、エンジン１の出力軸と自動変速機８の入力軸とを機械的に結合させる時期をあまり遅くすると、走行性能を十分に発揮できないばかりか、エンジン駆動力の伝達損失により燃費の面でも問題となる。
この実施形態によると、エンジン１の再始動後においては、エンジン回転速度Ｎｅのオーバーシュートの経過を待ってエンジン１の出力軸と自動変速機８の入力軸との機械的な結合（ロックアップクラッチの締結）を開始させるようにしたので（図３のｂ、ｃ部参照）、車両ショックの発生を防止しつつ、可能な限り早期に前記機械的な結合を行って安定した走行性能（発進性能）を確保できる。

また、モード選択スイッチ２８によって、エンジン１の駆動力のみによって走行する２ＷＤモードが選択されている場合であっても、エンジン１の再始動時には、電動モータ１４の駆動力によって走行するようにしたので、アイドルストップ後においても違和感なく確実に車両を発進させることができる。
なお、以上の説明では、エンジン駆動力伝達手段としてロックアップクラッチ付きのトルクコンバータ７を用いているが、エンジン１から前輪駆動軸に至るエンジン駆動力伝達経路の締結・解放を切換可能なクラッチ機構を有していればよく、例えば、エンジン１と自動変速機８との間に多板クラッチを設け、この多板クラッチの締結・解放を制御することでエンジン１の出力軸と自動変速機８の入力軸とを機械的に結合し、又はその解除を行う構成としてもよい。

次に、他の実施形態（第２実施形態）について説明する。
上記実施形態（第１実施形態）では、エンジン１の再始動時において、エンジン回転速度のオーバーシュートの経過後にエンジン１の出力軸と自動変速機８の入力軸とを機械的に結合させる例を説明したが、ここでは、エンジン駆動力伝達手段の入力側の回転速度と出力側の回転速度との差が所定値以内となったときに、エンジン１の出力軸と自動変速機８の入力軸とを機械的に結合させる（係合状態とする）。

なお、システム構成は、前記図１と同じであるので説明は省略する。
図４、図５は、第２実施形態におけるエンジン１の自動停止及び再始動を行う場合の処理を示したものであり、前記第１実施形態における図２、図３に対応するものである。
図４において、Ｓ１１〜Ｓ１５までは、図２のＳ１〜Ｓ５までと同じである。
Ｓ１６では、トルクコンバータ７の入力側回転速度（すなわち、エンジン回転速度Ｎｅ）とトルクコンバータ７の出力側回転速度（すなわち、自動変速機８の回転速度）とを比較して、その差（以下、入出力回転速度差という）が所定値Ｎｓ以下となったか否かを判定する。なお、前記出力側回転速度は、前輪側の車輪速センサ２７ＦＬ、２７ＦＲの検出信号と自動変速機８の変速段とに基づいて算出するほか、別途センサを設けて検出するようにしてもよい。そして、前記入出力回転速度差が所定値Ｎｓ以下となるのを待ってＳ１７に進む。

Ｓ１７では、前記ロックアップクラッチを締結してトルクコンバータ７の入出力軸間を機械的に結合させた係合状態として、エンジン１の自動停止処理及び再始動処理を終了する。
この実施形態によると、エンジン１の再始動後において、エンジン駆動力伝達手段としてトルクコンバータ７の入出力回転速度差が所定値Ｎｓ以下となったときに、エンジン１の出力軸と自動変速機８の入力軸との機械的な結合（すなわち、ロックアップクラッチの締結）を開始させるようにしたので（図５のｂ、ｃ部参照）、エンジン回転速度Ｎｅのオーバーシュート（図５のａ部参照）を経過した後で車両ショックを防止できると共に、前記機械的な結合時に発生するショック（係合ショック）をも低減できる。

なお、本実施形態においても、前記第１実施形態と同様にロックアップクラッチ付きのトルクコンバータ７に代えて多板クラッチとしてもよい。

実施形態に係るハイブリッド車両のシステム構成図である 実施形態に係るエンジンの自動停止処理及び再始動処理を示すフローチャートである。 エンジン再始動時のクラッチ（ロックアップクラッチ）締結動作を示す図である。 他の実施形態に係るエンジンの自動停止処理及び再始動処理を示すフローチャートである。 上記他の実施形態におけるエンジン再始動時のクラッチ（ロックアップクラッチ）締結動作を示す図である。

符号の説明

１…エンジン、２…スタータモータ、７…トルクコンバータ、８…自動変速機、１２…発電機、１４…電動モータ、２０…ＨＣＭ（ハイブリッドコントローラ）、２１…エンジン回転速度センサ、２７…車輪速センサ、３０…ＥＣＭ（エンジンコントローラ）、３１…ＭＣＭ（モータコントローラ）

Claims (5)

1. 一方の車輪駆動軸を駆動するエンジンと、前記エンジンにより駆動されて発電する発電機と、前記発電機から電力の供給を受けて作動し他方の車輪駆動軸を駆動するモータと、を含んで構成されたハイブリッド車両において、
   前記エンジンから前記一方の車輪駆動軸に至るエンジン駆動力伝達経路の締結・解放を切換可能なクラッチ機構を有するエンジン駆動力伝達手段と、
   車両停車中に前記エンジンを自動停止し、車両が発進する際に停止した前記エンジンを自動的に再始動するエンジン自動停止・再始動制御手段と、を備え、
   前記エンジン自動停止・再始動制御手段は、
   前記エンジンの停止中は前記クラッチ機構を解放すると共に、前記エンジンの再始動直後は前記モータの駆動力によって車両走行を行わせる一方、
   前記エンジンの再始動後にエンジン特性のオーバーシュートが経過してから前記クラッチ機構を締結するようにしたことを特徴とするハイブリッド車両。
2. 前記ハイブリッド車両は、前記エンジンの駆動力のみによって車両走行を行う２ＷＤモードと、前記エンジン及び前記モータの駆動力によって車両走行を行う４ＷＤモードと、を選択可能に構成され、
   前記エンジン自動停止・再始動制御手段は、前記２ＷＤモードが選択されている場合であっても、前記エンジンの再始動直後は前記モータの駆動力によって車両走行を行うことを特徴とする請求項１記載のハイブリッド車両。
3. 前記エンジンの回転速度を検出するエンジン回転速度検出手段を備え、
   前記エンジン自動停止・再始動制御手段は、前記エンジン再始動後におけるエンジン回転速度のオーバーシュートが経過してから前記クラッチ機構を締結することを特徴とする請求項１又は２記載のハイブリッド車両。
4. 前記エンジン駆動力伝達手段の入力側、出力側の回転速度をそれぞれ検出する回転速度検出手段を備え、
   前記エンジン自動停止・再始動制御手段は、前記エンジン駆動力伝達手段の入力側と出力側との回転速度差が所定値以下となったときに、前記クラッチ機構を締結することを特徴とする請求項１又は２記載のハイブリッド車両。
5. 前記エンジン駆動力伝達手段は、トルクコンバータ又は多板クラッチであることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つに記載のハイブリッド車両。

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