JP2005161933A - ハイブリッド型四輪駆動車両の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 ハイブリッド型四輪駆動車の急勾配の凍結道や深雪路の発進時など一時的に大きなモータ駆動力が必要な場合の発進性を向上した。
【解決手段】 運転要求に応じてエンジン回転数を制御可能なエンジン回転数制御手段１１を備えたエンジン１と、前記エンジンの出力の一部を電力に変換する発電機３と、前記発電機から直接電力の供給を受けて力行運転するモータ４と、前記エンジンの駆動力が入出力間での相対回転を許容する動力伝達機構を介して伝達される第１の駆動輪２０Ｆと、前記モータによって駆動される第２の駆動輪２０Ｒと、を備えたハイブリッド型四輪駆動車において、前記第１及び第２の駆動輪に駆動力を発生させる四輪駆動での発進時に、前記エンジン要求回転数が前記モータの要求トルクに対応する目標エンジン回転数の下限値より低い場合に、前記エンジンと前記第１の駆動輪との間で相対回転を許容しつつ、前記エンジン回転数を目標エンジン回転数となるように増大補正するエンジン回転数補正手段Ｓ１４を備える。
【選択図】 図２

Description

本発明は、ハイブリッド型四輪駆動車両の制御装置に関するものである。

四輪駆動車両において、エンジンで一方の駆動輪を駆動すると共に、エンジンの出力の一部を用いて発電機を稼動し、発電機の発電した電力のみを使用して運転するモータで他方の駆動輪を駆動するハイブリッド型四輪駆動車がある（特許文献１参照）。この技術は、コントローラが推定したエンジントルクから、エンジンが安定的に回転するのに必要なトルクを減じた値（余剰トルク）に基づいて使用可能トルクを演算し、発電機の消費トルク或いは、駆動モータの駆動トルクを使用可能トルク以下に制限する技術である。
特開２００２−３２５３０９号公報

しかしながら従来の技術では、車両発進時にエンジン回転数及び、運転者の要求する駆動力に応じて要求モータ駆動力が決定するが、急勾配の凍結道や深雪路の発進時など一時的に大きなモータ駆動力が必要な場合、要求モータ駆動力に対してエンジン回転数が低い時（エンジン回転数が要求モータ駆動力の実現に必要なエンジン回転数の下限値より低い時）、発電機での発電量が不十分のためモータが必要な駆動力を発生できない。そのため、要求モータ駆動力を出力することができず、発進できないという問題がある。

本発明は前述の問題を解決するものであり、常に要求モータ駆動力を満足する４輪駆動車両の制御装置を提供することを目的とするものである。

上記問題を解決するため本発明は、運転要求に応じてエンジン回転数を制御可能なエンジン回転数制御手段を備えたエンジンと、前記エンジンの出力の一部を電力に変換する発電機と、前記発電機から直接電力の供給を受けて力行運転するモータと、前記エンジンの駆動力が入出力間での相対回転を許容する動力伝達機構を介して伝達される第１の駆動輪と、前記モータによって駆動される第２の駆動輪と、を備えたハイブリッド型四輪駆動車において、前記第１及び第２の駆動輪に駆動力を発生させる四輪駆動での発進時に、前記エンジン要求回転数が前記モータの要求トルクに対応する目標エンジン回転数の下限値より低い場合に、前記エンジンと前記第１の駆動輪との間で相対回転を許容しつつ、前記エンジン回転数を目標エンジン回転数となるように増大補正するエンジン回転数補正手段を備える。

本発明のハイブリッド型四輪駆動車によれば、急勾配の凍結道や深雪路の発進時など一時的に大きなモータ駆動力が必要な場合においてもエンジン回転数の上昇により発電量を増加させ、要求モータ駆動力を満たす発電量を確保することができる。

図１は、本発明を適用する４輪駆動車両の構成を示すシステム図である。

本車両は、電子制御式スロットル１１を備え、車両の駆動源としてのエンジン１を有する。エンジン１の回転は、変速機２に伝達され、所定の回転数で前輪２０Ｆを駆動する。一方、エンジン１の回転軸には発電機３が接続されており、発電機３によって発電された電力によりモータ４が駆動する。モータ４は減速機５に接続されており、モータ４の回転は減速機５で減速され、後輪２０Ｒを駆動する。

車両には車両を統合的に制御するコントローラ６と、車両の動的安定性を維持するためのビークルダイナミクスコントロール（以下、ＶＤＣ）７が備えられており、ＶＤＣ７はコントローラ６からの信号の基づいて、たとえば前輪のブレーキ圧を制御する。コントローラ６には、前後輪の回転数から車輪速を検出する車輪速センサ８Ｆ、８Ｒからの出力信号、変速機２のシフト位置を検出するシフト位置検出センサ９の出力信号、またエンジン１の回転数を検出する回転数検出センサ１０の出力信号が入力される。さらに、コントローラ６には、スロットル弁の開度を検出するスロットル弁開度検出センサ１２の出力信号、アクセルペダルの踏み込み量を検出するアクセル開度センサ１３の出力信号、さらにブレーキペダルの踏み込みを検出するブレーキスイッチセンサ１４の出力信号が入力される。

コントローラ６はこれら入力された信号に基づいて目標発電量、目標エンジン回転数や目標ブレーキ圧を演算し、ＶＤＣ７はコントローラ６の演算結果に基づいてスロットル１１やブレーキ圧を制御する。また発電機３は目標発電量に基づき発電を行い、モータ４に電力を供給する。

コントローラ６は、検出したアクセル開度とエンジン回転数とからエンジンの余剰トルクを算出し、この余剰トルクに基づき発電機の目標発電量を設定する。しかしながら、急勾配の凍結路や深雪路からの発進時など一時的に大きなモータ駆動力が必要となるが、要求モータ駆動力に対してエンジン回転数が低い時（つまり、エンジン回転数が要求モータ駆動力の実現に必要なエンジン回転数の下限値より低い時）、発電機での発電量が不十分のためモータ４が必要な駆動力を発生することができない。このような場合の発進時制御が本発明であり、以下に詳しく説明する。

まず、本発明の発進時制御の適用条件は以下の通りであり、下記の条件がすべて成立した場合に本制御が実施される。
・４輪駆動状態であること（例えば、運転者が４輪駆動選択スイッチをオンした場合）
・本発明の発進時制御が選択されていること（運転者が本制御のスイッチをオンした場合）
・シフト位置が走行レンジであること（例えば、運転者がＤ、Ｒ、２、Ｌの各シフト位置のいずれかを選択していること）
・ブレーキペダルが踏み込まれていないこと
・アクセルペダルが踏み込まれていないこと
・車両速度が停止状態またはクリープ速度以下であること
これらの判断は、車輪速センサ８Ｆ、８Ｒ、回転数検出センサ１０、アクセル開度センサ１３、ブレーキスイッチセンサ１４及び図示しない４輪駆動選択スイッチと発進時制御選択スイッチの出力信号に基づいてコントローラ６により判断される。

コントローラ６により発進時制御の開始が許可された場合に、図２のフローチャートに示される発進時制御が実施される。

ステップＳ１では、アクセル開度センサ１３の出力よりアクセルが踏み込まれたかどうかを判定し、踏み込まれた場合に運転者が発進しようとしていると判断して、ステップＳ２に進む。条件が成立していない場合には、運転者の発進要求があるまで待機する。

ステップＳ２では、車両の現在の速度を初期車速として車輪速センサ８Ｆ、８Ｒの出力から算出し、ステップＳ３でアクセル開度センサ１３の出力よりアクセル開度を求め、アクセル開度から運転者の要求トルクを図３に示すようなマップから演算する。本発明の発進時制御でのアクセル開度−要求トルク特性は、通常制御時の特性と異なり、通常時制御の特性よりアクセル開度に対してモータ４の要求トルクが大きく出力される特性を備えている。

続くステップＳ４、Ｓ５では、ステップ３で設定された要求トルクに基づいて、エンジン１の目標回転数が設定され、この目標エンジン回転数からスロットル弁の開度が設定される。図４は、要求トルクと目標エンジン回転数との特性を示すマップの一例である。

ステップＳ６で、ステップ２で検出した車速と予め設定した初期車速とを比較し、検出車速が初期車速以下であれば、ステップＳ７に進み、初期車速を越えていればステップＳ８に進む。

ステップＳ７では、検出した車速がステップ２で検出した初期車速と同じかどうかを判定し、同じであればステップＳ９に、初期車速未満であればステップＳ１０に進む。一方、ステップＳ８では、検出した車速が初期車速を越えているため、車速が初期車速を維持するように車速を低下させるため前輪ブレーキのブレーキ圧を増圧する。

検出した車速が初期車速未満である場合にステップＳ１０で、前輪ブレーキのブレーキ圧を減圧して車速を初期車速まで増速するように制御する。またステップＳ９では、ステップ４で検出したエンジン回転数を所定の目標回転数と比較し、目標回転数以下であればステップＳ１１に進み、目標回転数を超えていればステップＳ１２に進む。

ステップＳ１１では、エンジン回転数が目標回転数と等しいかどうかを判定し、等しければステップＳ１３で、アクセル開度センサ１３の出力よりアクセル開度を検出し、このアクセル開度に応じて前輪ブレーキ圧の解除時間を設定する。ここで、アクセル開度が大きいほど解除時間は短くなるように設定する。アクセル開度とブレーキ圧との関係の一例を図５に示す。

ステップＳ１２では、エンジン回転数が目標エンジン回転数を越えているため、スロットル弁開度を絞り、エンジン回転数を目標回転数に一致させるようにする。またステップＳ１４では、エンジン回転数が目標エンジン回転数に達していないため、スロットル弁開度を開き、エンジン回転数を目標回転数に一致させるようにする。

なお、ステップＳ８、Ｓ１０、Ｓ１２、Ｓ１４での補正を行った後、ステップＳ６に戻り、車速の判定を実施する。

ステップＳ１３に続くステップＳ１５では、ステップＳ１３で設定したブレーキ解除時間に応じて前輪ブレーキ圧を徐々に減圧し、車両が加速を始める。そして、ステップＳ１６で、車輪速センサの出力から車両の加速度を検出し、一方、車速と要求トルクとから目標加速度を演算し、検出した加速度と目標加速度とを比較する。検出した加速度が目標加速度以下であればステップＳ１７に進み、ブレーキ圧を判定する。一方、検出した加速度は目標加速度を超えていればステップＳ１８に進み、現在のブレーキ圧を一定時間維持して、加速度が目標加速度になるのを待つ。

ステップＳ１７でブレーキ圧が０になったかどうかを判定し、０でなければステップＳ１５に戻り、ブレーキ圧を減圧する。一方、ブレーキ圧が０であれば、本制御を終了する。

図６は、本制御内容を時系列で示した図である。

まず時刻Ｔ１でアクセルペダルが踏み込まれる。アクセルペダルが踏み込まれたことでエンジン回転数が上昇する。しかし、車両の速度（発進時では０）を維持するようにブレーキ圧が上昇し、一方でトルクコンバータ、電磁クラッチのスリップ率を制御するため、エンジン回転数が上昇しても車速は変化しない。

時刻Ｔ２でエンジン回転数が目標エンジン回転数に達したとき、ブレーキの解除時間を設定し、ブレーキ圧を減圧する。ブレーキ圧の減圧によりエンジン回転数と車速は上昇する。このときアクセルペダルの踏み込み量が一定として、ブレーキ圧が０の場合の加速度となるように時刻Ｔ２以降の加速度を設定し、この加速度となるようにブレーキ圧やトルクコンバータ、電磁クラッチのスリップ率を制御する。

時刻Ｔ３でブレーキ圧は０となり、本制御が終了し、エンジンは通常の制御に戻る。ここでエンジン回転数が上昇するが、車両の加速度は、時刻Ｔ２からＴ３の間の加速度と同じとなる。

なお、本実施形態では、前輪がエンジンで駆動され、後輪がモータ４で駆動される形式で説明したが、これにとらわれることはない。

これまで説明したように本発明は、運転状態に応じてエンジン回転数を制御可能なエンジン回転数制御手段を備えたエンジンと、前記エンジンの出力の一部を電力に変換する発電機と、前記発電機から直接電力の供給を受けて力行運転するモータと、前記エンジンによって駆動される第１の駆動輪と、前記モータによって駆動される第２の駆動輪と、を備えたハイブリッド型四輪駆動車において、四輪駆動での発進時に、前記エンジン回転数が前記モータの要求トルクに対応する目標エンジン回転数の下限値より低い場合に、前記エンジン回転数を目標エンジン回転数となるように増大補正するエンジン回転数補正手段を備えたため、急勾配の凍結道や深雪路の発進時など一時的に大きなモータ駆動力が必要な場合においてもエンジン回転数の上昇により発電量を増加させ、要求モータ駆動力を満たす発電量を確保することができる。

また、前記エンジン回転数補正手段は、アクセル踏み込み量が大きいほど前記エンジン回転数の補正量を大きくするため、運転者の求める要求トルクを実現することができる。

また、運転者によるブレーキ操作とは無関係に前記第１の駆動輪の制動力を制御するブレーキ制御手段を備え、前記ブレーキ制御手段は、前記エンジン回転数補正時に前記第１の駆動輪に制動力を生じるため、エンジン回転数の増大補正時に、第１の駆動輪側のブレーキを制御することによって、エンジンの回転数を一定回転以上を保持したまま速度を制御することができる。

また、前記ブレーキ制御手段は、前記エンジン回転数補正前の車速と補正後の車速とが同じになるように前記第１の駆動輪の制動力を制御するため、運転者に違和感なく、素早く目標エンジン回転数に到達させることができる。

また、前記ブレーキ制御手段は、前記エンジン回転数が前記目標エンジン回転数に達した後、前記第１の駆動輪の制動力を徐々に低減するため、発進時、運転者が要求する駆動力（トルク）を確保した後、加速を始めることができる。

さらに、車速と前記モータの要求トルクに応じて設定される目標加速度を演算する目標加速度設定手段を備え、前記ブレーキ制御手段は、目標加速度となるように前記第１の駆動輪の制動力を制御するため、運転者の意思に沿った加速感を実現することができる。

本発明は、急勾配の凍結道や深雪路の発進時など一時的に大きなモータ駆動力が必要な場合の発進時の制御方法であり、ハイブリッド型四輪駆動車に有用である。

本実施例の車両システムを示す構成図である。 本実施例の制御内容を示すフローチャートである。 アクセル開度と要求トルクの関係を示すマップである。 要求トルクと目標エンジン回転数との関係を示すマップである。 アクセル開度とブレーキ圧解除時間の関係を示すマップである。 本発明の作用を時系列的に示すタイミングチャートである。

符号の説明

１：エンジン
２：変速機
３：発電機
４：モータ
５：減速機
６：コントロ−ラ
７：ＶＤＣ
８Ｆ：前輪車輪速センサ
８Ｒ：後輪車輪速センサ
９：シフト位置検出センサ
１０：エンジン回転数検出センサ
１１：電子制御スロットル
１２：スロットル開度検出センサ
１３：アクセル開度検出センサ
１４：ブレーキペダル操作センサ
２０Ｆ：前輪
２０Ｒ：後輪

Claims (6)

1. 運転要求に応じてエンジン回転数を制御可能なエンジン回転数制御手段を備えたエンジンと、
   前記エンジンの出力の一部を電力に変換する発電機と、
   前記発電機から直接電力の供給を受けて力行運転するモータと、
   前記エンジンの駆動力が入出力間での相対回転を許容する動力伝達機構を介して伝達される第１の駆動輪と、
   前記モータによって駆動される第２の駆動輪と、
   を備えたハイブリッド型四輪駆動車において、
   前記第１及び第２の駆動輪に駆動力を発生させる四輪駆動での発進時に、前記エンジン要求回転数が前記モータの要求トルクに対応する目標エンジン回転数の下限値より低い場合に、前記エンジンと前記第１の駆動輪との間で相対回転を許容しつつ、前記エンジン回転数を目標エンジン回転数となるように増大補正するエンジン回転数補正手段を備えたことを特徴とするハイブリッド型四輪駆動車。
2. 前記エンジン回転数補正手段は、アクセル踏み込み量が大きいほど前記エンジン回転数の補正量を大きくすることを特徴とする請求項１に記載のハイブリッド型四輪駆動車。
3. 運転者によるブレーキ操作とは無関係に前記第１の駆動輪の制動力を制御するブレーキ制御手段を備え、
   前記ブレーキ制御手段は、前記エンジン回転数補正時に前記第１の駆動輪に制動力を生じることを特徴とする請求項１または２に記載のハイブリッド型四輪駆動車。
4. 前記ブレーキ制御手段は、前記エンジン回転数補正前の車速と補正後の車速とが同じになるように前記第１の駆動輪の制動力を制御することを特徴とする請求項３に記載のハイブリッド型四輪駆動車。
5. 前記ブレーキ制御手段は、前記エンジン回転数が前記目標エンジン回転数に達した後、前記第１の駆動輪の制動力を徐々に低減することを特徴とする請求項４に記載のハイブリッド型四輪駆動車。
6. 車速と前記モータの要求トルクに応じて設定される目標加速度を演算する目標加速度設定手段を備え、
   前記ブレーキ制御手段は、前記目標加速度となるように前記第１の駆動輪の制動力を制御することを特徴とする請求項５に記載のハイブリッド型四輪駆動車。

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