JP2006123642A - ハイブリッド車用駆動装置、その制御方法及び制御装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 モータと、前記モータとエンジンとの間で駆動力の伝達又は切断を行うクラッチと、前記モータ及び前記クラッチの動作制御を行う制御装置と、を備えたハイブリッド車用駆動装置であって、前記制御装置は、前記モータによる車輪の駆動中にエンジン始動要求があった場合、前記クラッチの作動圧P1を上昇させて前記モータからエンジン側へのトルクの伝達を開始するとともに前記クラッチを介して伝達される伝達トルクTcを検出し、当該伝達トルクTcをアクセル開度に基づいて決定される車輪駆動要求トルクTthに加えたトルクを前記モータの出力トルクTmgとする制御を行う。
【選択図】 図6
Description
また、この際、前記伝達トルクを前記車輪駆動要求トルクに加えたトルクを前記モータの出力トルクとするトルク制御を行うので、速度制御等のように間接的に前記モータのトルクを制御する場合と比較して迅速かつ正確な前記モータの制御を行うことが可能になる。
また、この際、前記伝達トルクを前記車輪駆動要求トルクに加えたトルクを前記モータの出力トルクとするトルク制御を行うので、速度制御等のように間接的に前記モータのトルクを制御する場合と比較して迅速かつ正確な前記モータの制御を行うことが可能になる。
また、この際、前記クラッチの作動圧に基づいて検出した伝達トルクを前記車輪駆動要求トルクに加えたトルクを前記モータの出力トルクとするトルク制御を行うので、速度制御等のように間接的に前記モータのトルクを制御する場合と比較して迅速かつ正確な前記モータの制御を、簡易な構成により実現することが可能になる。
以下に、本発明の第一の実施形態について図面に基づいて説明する。
図1は本実施形態に係るハイブリッド車用駆動装置のシステム構成の概略を示す概念図である。
また、モータ・ジェネレータM/Gは、エンジンE又は車輪側からの駆動力により中間軸10が駆動されている状態では発電機として動作させることができる。この場合、モータ・ジェネレータM/Gで発電された電力は、インバータ8により交流から直流に変換されてバッテリ9に蓄えられる。
そして、このモータ・ジェネレータM/Gの動作制御は、M/G制御装置12からの制御信号に基づいて行われる。
したがって、エンジンEの停止時には、この第一クラッチC1を係合することによりモータ・ジェネレータM/Gの駆動力をエンジンEに伝達してエンジンEの始動を行うことができ、エンジンEの動作時には、この第一クラッチC1を係合することによりエンジンEの駆動力が変速機2を介して車輪Wに伝達される。
このような第一クラッチC1としては、係合開始から完全係合状態となるまでの間の半係合状態で滑らせながら駆動力の伝達を行うことが可能なクラッチが好適に用いられ、例えば湿式多板クラッチ等が用いられる。
そして、この第一クラッチC1の動作制御は、第一クラッチ制御装置13からの制御信号に基づいて行われる。
なお、本実施形態においては、この第一クラッチC1が、本願の各請求項に記載されている「クラッチ」に相当する。
このような変速機2としては、有段又は無段の自動変速機が好適に用いられる。本実施形態においては、変速機2として例えば6段等の有段の自動変速機を用いており、これは中間軸10を介して伝達された入力回転を所望の変速比で変速して出力軸4に出力するための遊星歯車列や、この遊星歯車列の動作制御を行うためのクラッチ及びブレーキ等を有している。そして、この変速機2は、これらのクラッチ及びブレーキの係合又は開放を行うことにより、所望の変速段への切り替えを行い、或いは中間軸10から入力された駆動力を出力軸4に伝達しない空転(ニュートラル)状態とすることができる。
すなわち、変速機2は、所望の変速段を選択して中間軸10から入力された駆動力を出力軸4に伝達する伝達状態と、その駆動力を出力軸4に伝達しない空転状態とを切り替えることができるので、第二クラッチC2としても機能することになる。したがって上記のとおり、変速機2は、機能的に見ると、第二クラッチC2と変速機構7とを有するものとして考えることができる。
本実施形態においては、変速機2の動作制御は、変速機制御装置14からの制御信号に基づいて行われる。
また、車両制御装置16には、中間軸10の回転数ωmgを検出する回転数センサ17、クランク軸11の回転数ωeを検出するクランク回転センサ24、変速機2の出力軸4の回転数を検出する車速センサ18、アクセルペダル19の踏み込み量(アクセル開度)を検出するアクセルセンサ20、及びブレーキペダル21の踏み込み量を検出するブレーキセンサ22からの検出信号がそれぞれ入力される構成となっている。
更に、車両制御装置16のメモリ23には、後述するように、車両の各部からの情報に基づいて車両制御装置16により決定した状態フラグが格納される。
図2から図5は、本実施形態に係る駆動装置1の動作制御を示すフローチャートである。また、図6及び図7は、本実施形態に係る駆動装置1におけるエンジン始動時の各部の動作状態を示すタイミングチャートである。
ここで、本実施形態における高回転用制御パターンが、本願の各請求項に係る発明の制御に関する。
以下、このようなエンジンEの始動のための動作制御を中心に、本実施形態に係る駆動装置1の動作制御について詳細に説明する。
ここで、要求トルクTthは、アクセルセンサ20により検出されたアクセル開度の情報に基づいて車両制御装置16において決定される。この際、エンジンによる走行時とモータ・ジェネレータM/Gによる走行時とでアクセル開度に対する出力トルクが相違することを防止するために、アクセル開度とモータ・ジェネレータM/Gの出力トルクTmgとの関係は、アクセル開度とエンジンの出力トルクとの関係に合せたものとすると好適である。したがって、ここでは、要求トルクTthは、アクセルセンサ20により検知されるアクセル開度に応じて、そのときのアクセル開度でのエンジンの出力トルクと一致するように決定されることとしている。これにより、モータ走行時にも運転者に違和感を与えることがなく、運転者のアクセル操作による出力要求を反映したモータ走行を行うことができる。
なお、本実施形態においては、この要求トルクTthが、本願の各請求項における「車輪駆動要求トルク」に相当する。
しきい値回転数Rtは、第一クラッチC1を完全係合状態とした際にエンジンEを始動可能なモータ・ジェネレータM/Gの回転数以上の回転数に設定される。すなわち、しきい値回転数Rtは、第一クラッチC1を完全係合状態とした際におけるモータ・ジェネレータM/Gの駆動力によるエンジンEのクランキング回転数がエンジンEを始動可能な回転数以上となるように設定される。具体的には、エンジンEのアイドリング回転数程度に設定することが望ましく、例えば600〜700rpm程度とすると好適である。
以上で「モータ走行」の制御処理を終了する。
そして、第二クラッチC2の作動圧P2を完全係合圧P2eとした(ステップ#33)状態で、モータ・ジェネレータM/Gの出力トルクTmgを要求トルクTthに合せるようにモータ・ジェネレータM/Gを動作させる(ステップ#34)。
P1=Gp(ωmg−ωe)+Gi∫(ωmg−ωe)dt・・・(1)
ここで、Gpは比例ゲイン、Giは積分ゲイン、dtは制御周期である。そして、中間軸10の回転数ωmgは回転数センサ17により、クランク軸11の回転数ωeはクランク回転センサ24により、それぞれ検知することができる。なお、本実施形態に係る構成では、中間軸10の回転数ωmgは第一クラッチC1のモータ・ジェネレータM/G側回転数と一致し、クランク軸11の回転数ωeは第一クラッチC1のエンジンE側回転数と一致している。
本実施形態においては、比例ゲインGp及び積分ゲインGiは固定値としている。これらの比例ゲインGp及び積分ゲインGiの値は、第一クラッチC1の作動圧P1のオーバーシュートや油圧振動が少なく、かつ十分な応答性が得られる値を実験等に基づいて決定すると好適である。
このクラッチ伝達トルクTcの検出は、例えば、第一クラッチC1の作動圧P1に基づいて、車両制御装置16においてクラッチ伝達トルクTcを算出することにより行うことができる。すなわち、このとき第一クラッチC1は、上記のとおり、その作動圧P1を完全係合圧P1eまで上昇させる制御が行われており(ステップ#37)、第一クラッチC1において伝達されるトルクが大きい程大きい作動圧P1により係合されることになる。したがって、第一クラッチC1の作動圧P1は、第一クラッチC1により伝達されるクラッチ伝達トルクTcとの間に一定の関係を有する。よって、車両制御装置16において、第一クラッチC1の作動圧P1とクラッチ伝達トルクTcとの関係式又はテーブルを用いて、第一クラッチC1の作動圧P1に基づいてクラッチ伝達トルクTcを算出することができる。
Tc=a×(b×P1−c)・・・(2)
ここで、a、b及びcは第一クラッチC1の特性により決定される定数である。具体的には、定数aは第一クラッチC1のクラッチ枚数、クラッチ形状、摩擦材物性により決定することができる。定数bは第一クラッチC1のピストン面積により決定することができる。定数cは第一クラッチC1のピストンスプリング荷重により決定することができる。
また、これらの定数a、b及びcの値は、第一クラッチC1のピストンの動作方向(係合方向又は開放方向)によるヒステリシスを考慮して異なる値とすると更に好適である。なお、この式(2)をテーブル化して車両制御装置16のメモリ23等に格納しておき、このテーブルに基づいてクラッチ伝達トルクTcを求めることも当然に可能である。
以上で「高回転時エンジン始動」の制御処理を終了する。
なお、この図6に示す一連の動作中、第二クラッチC2の作動圧P2は完全係合圧P2eのままとなっている。また、この「高回転時エンジン始動」の制御処理を行う場合は、モータ・ジェネレータM/Gは、上記領域B〜Gの全てにおいてトルク制御により制御される。
そして、第二クラッチC2の作動圧P2をスタンバイ圧P2sとする(ステップ#53)。ここで、第二クラッチC2のスタンバイ圧P2sは、第二クラッチC2を開放状態とする圧力であり、第二クラッチC2を係合開始直前の状態とする圧力から圧力ゼロまでの間の任意の圧力とすることが可能である。
なお、このようにモータ・ジェネレータM/Gを所定回転数に維持する回転数制御は、中間軸10に作用する負荷に関わらずモータ・ジェネレータM/Gが当該所定回転数となるように、モータ・ジェネレータM/Gの出力トルクTmgを制御することにより行うことができる。
この際、第一クラッチC1の作動圧P1を完全係合圧P1eまで上昇させることにより、第一クラッチC1が半係合状態を経て完全係合状態となる。これにより、モータ・ジェネレータM/Gにより回転駆動される中間軸10とエンジンEの図示しないクランクシャフトに同期回転するクランク軸11とが接続され、モータ・ジェネレータM/Gの駆動力によりエンジンEのクランクシャフトが回転されることになる。したがって、モータ・ジェネレータM/Gの回転数をエンジンスタート回転数Resに維持するためには、モータ・ジェネレータM/Gの出力トルクTmgは、エンジンEのクランキングに要するトルク分だけ上昇することになる(図7の領域K参照)。
これにより、第二クラッチC2を開放してモータ・ジェネレータM/Gの駆動力を出力軸4に伝達しない空転状態とし、モータ・ジェネレータM/Gの回転数Rmgの変動が車両の走行状態に影響を与えないようにした状態(空走状態)で、モータ・ジェネレータM/Gの回転数Rmgを、エンジンEの始動が可能な回転数まで上昇させてエンジンEの始動を行うことができる。したがって、「モータ走行」時におけるモータ・ジェネレータM/Gの回転数が低い場合においても、エンジンE始動時のモータ・ジェネレータM/Gの回転数Rmgの変動を車輪Wに伝達することなく車輪Wの円滑な動作状態を維持しながら、確実にエンジンEを始動させることができる。
ここで、第二クラッチ車輪側回転数Rwは、第二クラッチC2を完全係合状態とした際に、第二クラッチC2のモータ・ジェネレータM/G側(中間軸10側)と車輪W側(変速機構7側)との回転数が所定の範囲内の差でほぼ同じになるときのモータ・ジェネレータM/Gの回転数である。すなわち、この第二クラッチ車輪側回転数Rwは、そのときの車両の走行速度及び変速機構7において選択されている変速段によって異なる回転数となる。ここで、車両の走行速度は車速センサ18により検出することができる。なお、変速機構7の変速段は変速機制御装置14により制御されている。
なお、このステップ#59の判断においては、第二クラッチ車輪側回転数Rwは一定の範囲を有する値とし、モータ・ジェネレータM/Gの回転数Rmgが、第二クラッチ車輪側回転数Rwの当該範囲内にあれば、条件を満たすものと判断するのが好適である。
このモータ・ジェネレータM/Gの回転数Rmgを第二クラッチ車輪側回転数Rwとする回転数制御は、車速センサ18により検出される車両の走行速度及び変速機構7において選択されている変速段の情報から定まる第二クラッチ車輪側回転数Rwに基づいて、モータ・ジェネレータM/Gの回転数Rmgを第二クラッチ車輪側回転数Rwとするために必要なモータ・ジェネレータM/Gの出力トルクTmgを算出し、その算出結果にしたがってモータ・ジェネレータM/Gを制御することにより行うことができる。
このように、第二クラッチC2のモータ・ジェネレータM/G側と車輪W側との回転数を合せておくことにより、第二クラッチC2を係合する際に、モータ・ジェネレータM/G側と車輪W側との回転数の差を吸収することにより駆動力の変動が生じ、それが車輪側に伝達されることを防止できる。したがって、第二クラッチC2の係合時に第二クラッチC2に対して大きな負荷がかかることを防ぎ、車輪の円滑な動作状態を維持することができる。
これにより、車輪の円滑な動作状態を維持したまま、モータ・ジェネレータM/Gの駆動力により車輪Wが駆動される状態とすることができる。
以上で「低回転時エンジン始動」の制御処理を終了する。
そして、第一クラッチC1の作動圧P1をスタンバイ圧P1sに(図5のステップ#64参照)、モータ・ジェネレータM/Gの回転数Rmgを第二クラッチ車輪側回転数Rwに維持したままで(図5のステップ#66参照)、第二クラッチC2の作動圧P2を完全係合圧P2eとする(図5のステップ#65参照)。これにより、モータ・ジェネレータM/Gの駆動力により車輪Wが駆動される状態となる(領域M)。
そして、「エンジン+モータ・ジェネレータ走行」の定常状態では、エンジンEの出力トルクTeは、要求トルクTthとモータ・ジェネレータM/Gの発電に要するトルク(発電トルク)Tegとを加えたトルクに等しくなり、エンジンEの出力トルクTeにより車両が走行するとともに、モータ・ジェネレータM/Gは回転駆動されて発電機として動作する(領域O)。
以上のように、「低回転時エンジン始動」の制御処理を行う場合は、制御装置3は、第二クラッチC2が開放状態となっている領域J〜Mではモータ・ジェネレータM/Gに対して回転数制御を行い、第二クラッチC2が完全係合状態となっている領域H、I、N及びOではモータ・ジェネレータM/Gに対してトルク制御を行っている。
次に、本発明の第二の実施形態について説明する。本実施形態に係るハイブリッド車用駆動装置1は、上記第一の実施形態に係るハイブリッド車用駆動装置1と比較して、「高回転時エンジン始動」の制御処理(図2のステップ#04参照)における、エンジンEを始動させるために第一クラッチC1の作動圧P1を上昇させる際(図4のステップ#37参照)の制御方法が異なる。その他の点は、上記第一の実施形態と同様である。
P1=Gp(ωmg−ωe)+Gi∫(ωmg−ωe)dt・・・(1)
なお、アクセル開度変化速度dS/dtは、下記の式(3)により求めることができる。
dS/dt={S(t)−S(t−Δt)}/Δt・・・(3)
ここで、tはアクセル開度の検出時刻、Δtはサンプリング周期である。
次に、本発明の第三の実施形態について説明する。本実施形態に係るハイブリッド車用駆動装置1は、上記第二の実施形態と同様に、「高回転時エンジン始動」の制御処理(図2のステップ#04参照)において、エンジン始動要求があり第一クラッチC1の作動圧P1を上昇させるに際して、アクセル開度S及びアクセル開度変化速度dS/dtに基づいて、第一クラッチC1の作動圧P1の上昇の程度を変化させる制御を行う点で、上記第一の実施形態と異なる。その他の点は、上記第一の実施形態と同様である。以下、この点について詳細に説明する。
P1=Gp(ωs−ωe)+Gi∫(ωs−ωe)dt・・・(4)
そして、目標回転数ωsを、アクセル開度S及びアクセル開度変化速度dS/dtに基づいて変化する可変値とすることにより、第一クラッチC1の作動圧P1の上昇の程度を変化させる制御を行う。
なお、本実施形態においては、比例ゲインGp及び積分ゲインGiは固定値としている。これらの比例ゲインGp及び積分ゲインGiの値は、第一クラッチC1の作動圧P1のオーバーシュートや油圧振動が少なく、かつ十分な応答性が得られる値を実験等に基づいて決定すると好適である。
P1=Gp{(ωmg+Δω)−ωe}+Gi∫{(ωmg+Δω)−ωe}dt・・・(5)
(1)上記第二の実施形態及び第三の実施形態においては、アクセル開度S及びアクセル開度変化速度dS/dtの双方に基づいて、第一クラッチC1の作動圧P1の上昇の程度を変化させる制御を行う場合について説明した。しかし、当然ながら、アクセル開度S及びアクセル開度変化速度dS/dtの一方のみに基づいて、第一クラッチC1の作動圧P1の上昇の程度を変化させる制御とすることも好適な実施形態の一つである。
また、例えば、モータ・ジェネレータM/GのロータやエンジンEのクランクシャフト等の回転数を検知することにより間接的に第一クラッチC1の両側の回転数をそれぞれ検知することも可能である。なお、この場合、これらの検出回転数に合せて第一クラッチC1の作動圧P1を決定する上記の式(1)(3)又は(4)を設定するとより好適である。
2 変速機
3 制御装置
4 出力軸
E エンジン
M/G モータ・ジェネレータ(モータ)
W 車輪
C1 第一クラッチ(クラッチ)
C2 第二クラッチ
P1 第一クラッチの作動圧
P2 第二クラッチの作動圧
Tth 要求トルク(車輪駆動要求トルク)
Tc クラッチ伝達トルク
Tmg モータ・ジェネレータの出力トルク
ωmg 中間軸の回転数(第一クラッチのモータ側回転数)
ωe クランク軸の回転数(第一クラッチのエンジン側回転数)
ωs 目標回転数
Δω 目標回転数増分
S アクセル開度
dS/dt アクセル開度変化速度
Gp 比例ゲイン(制御ゲイン)
Gi 積分ゲイン(制御ゲイン)
Claims (7)
- モータと、前記モータとエンジンとの間で駆動力の伝達又は切断を行うクラッチと、前記モータ及び前記クラッチの動作制御を行う制御装置と、を備えたハイブリッド車用駆動装置であって、
前記制御装置は、前記モータによる車輪の駆動中にエンジン始動要求があった場合、前記クラッチの作動圧を上昇させて前記モータからエンジン側へのトルクの伝達を開始するとともに前記クラッチを介して伝達される伝達トルクを検出し、当該伝達トルクをアクセル開度に基づいて決定される車輪駆動要求トルクに加えたトルクを前記モータの出力トルクとする制御を行うハイブリッド車用駆動装置。 - 前記伝達トルクの検出は、前記クラッチの作動圧に基づいて前記伝達トルクを算出することにより行う請求項1に記載のハイブリッド車用駆動装置。
- 前記制御装置は、前記モータによる前記車輪の駆動中にエンジン始動要求があり前記クラッチの作動圧を上昇させるに際して、アクセル開度及びアクセル開度変化速度の一方又は双方に基づいて、前記クラッチの作動圧の上昇の程度を変化させる請求項1又は2に記載のハイブリッド車用駆動装置。
- 前記制御装置は、前記モータによる前記車輪の駆動中にエンジン始動要求があり前記クラッチの作動圧を上昇させるに際して、前記クラッチのモータ側回転数とエンジン側回転数との差に応じて前記クラッチの作動圧を上昇させるフィードバック制御を行い、その制御ゲインを、アクセル開度及びアクセル開度変化速度の一方又は双方に基づいて変化させる請求項1又は2に記載のハイブリッド車用駆動装置。
- 前記制御装置は、前記モータによる前記車輪の駆動中にエンジン始動要求があり前記クラッチの作動圧を上昇させるに際して、前記クラッチのエンジン側回転数と、所定の目標回転数との差に応じて前記クラッチの作動圧を上昇させるフィードバック制御を行い、前記目標回転数を、アクセル開度及びアクセル開度変化速度の一方又は双方に基づいて変化させる請求項1又は2に記載のハイブリッド車用駆動装置。
- モータと、前記モータとエンジンとの間で駆動力の伝達又は切断を行うクラッチと、を備えたハイブリッド車用駆動装置の制御方法であって、
前記モータによる前記車輪の駆動中にエンジン始動要求があった場合、前記クラッチの作動圧を上昇させて前記モータからエンジン側へのトルクの伝達を開始するとともに前記クラッチを介して伝達されるトルクを検出し、当該伝達トルクをアクセル開度に基づいて決定される車輪駆動要求トルクに加えたトルクを前記モータの出力トルクとするハイブリッド車用駆動装置の制御方法。 - モータによる車輪の駆動中に、前記モータとエンジンとの間で駆動力の伝達又は切断を行うクラッチの作動圧を上昇させて前記モータからエンジン側へトルクを伝達し、前記エンジンを始動させる制御を行うハイブリッド車用制御装置であって、
前記クラッチの作動圧に基づいて前記クラッチを介して伝達される伝達トルクを検出し、当該伝達トルクと、アクセル開度に基づいて決定される車輪駆動要求トルクとを加えて前記モータの出力トルクを算出するハイブリッド車用制御装置。
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