JP2007245805A - ハイブリッド電気自動車の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】電動機の出力が制限された場合であっても、必要な駆動力を確保して運転フィーリングの低下を防止することができるようにしたハイブリッド電気自動車の制御装置を提供する。
【解決手段】エンジン２の駆動力と電動機６の駆動力とが複数の前進変速段を有する自動変速機８を介して車両の駆動輪１６に伝達可能であって、出力可能な最大トルクとして予め定められた上限トルクを電動機６が出力困難となる所定状態が検出されたときには、上記所定状態が検出されないときに使用する変速マップと比較して、車両の運転状態の変化に応じたダウンシフトが早めに行われると共に、車両の運転状態の変化に応じたアップシフトが遅めに行われる制御マップを用いて自動変速機８を制御する。
【選択図】図２

Description

本発明はハイブリッド電気自動車の制御装置に関し、特にエンジンの駆動力と電動機の駆動力とがそれぞれ車両の駆動輪に伝達可能なハイブリッド電気自動車の制御装置に関する。

従来より、エンジンと電動機とを車両に搭載し、エンジンの駆動力と電動機の駆動力とをそれぞれ車両の駆動輪に伝達可能とした、いわゆるパラレル型ハイブリッド電気自動車が開発され実用化されている。
このようなパラレル型ハイブリッド電気自動車として、クラッチを接続してエンジンと電動機の両方から駆動輪に駆動力を伝達可能とした状態と、クラッチを切断して電動機の駆動力のみを駆動輪に伝達可能とした状態とに切り換えられるようにしたハイブリッド電気自動車が、例えば特許文献１によって提案されている。

そして、特許文献１に示されるハイブリッド電気自動車においては、電動機の出力トルクが何らかの理由により制限され、車両の走行に必要な要求トルクに対して電動機の出力トルクが不足する場合にはエンジンを始動して、エンジンからも出力トルクを得ることにより、必要な駆動力を確保できるようにしている。
また、回生制動時に回生制動トルクが制限されている場合には、変速機の変速比を変更することにより電動機の回転数を上昇させ、電動機のトルクを低減することによって電動機を保護するようにしている。
特開２００４−１６２６７０号公報

しかしながら、特許文献１のハイブリッド電気自動車では、車両の駆動時に電動機のトルクが制限され要求トルクに対して電動機のトルクが不足する場合には、エンジンを始動することによってこの不足を補うようにしているため、エンジンの始動及び停止が繰り返され、エンジンの始動停止に伴う振動や騒音が発生したり、エンジンが始動されて必要なトルクが得られるようになるまでに時間遅れが生じて一時的に駆動力不足となったりして運転フィーリングが低下するという問題がある。

特に車両発進時には、電動機のみによるスムーズな発進が行えなくなる可能性が高くなる上、上記駆動力不足による運転フィーリングの低下が顕著なものとなる。
本発明はこのような課題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、電動機の出力が制限された場合であっても、必要な駆動力を確保して運転フィーリングの低下を防止することができるようにしたハイブリッド電気自動車の制御装置を提供することにある。

上記の目的を達成するため、本発明のハイブリッド電気自動車の制御装置は、エンジンの駆動力と電動機の駆動力とが複数の前進変速段を有する自動変速機を介して車両の駆動輪に伝達可能なハイブリッド電気自動車の制御装置において、出力可能な最大トルクとして予め定められた上限トルクを上記電動機が出力困難となる所定状態であることを検出する出力制限検出手段と、所定の変速マップに基づき上記車両の運転状態の変化に応じて上記自動変速機の変速段を切換制御し、上記出力制限検出手段によって上記所定状態が検出されたときには、上記出力制限検出手段によって上記所定状態が検出されないときに使用する変速マップと比較して、上記車両の運転状態の変化に応じたダウンシフトが早めに行われると共に、上記車両の運転状態の変化に応じたアップシフトが遅めに行われる制御マップを用いて上記自動変速機を制御する制御手段とを備えたことを特徴とする（請求項１）。

このように構成されたハイブリッド電気自動車の制御装置によれば、出力可能な最大トルクとして予め定められた上限トルクを電動機が出力困難となる所定状態であることを出力制限検出手段によって検出すると、上記所定状態が検出されないときに比べ、車両の運転状態の変化に応じた自動変速機のダウンシフトが早めに行われると共に、アップシフトが遅めに行われる。

具体的には、上記ハイブリッド電気自動車の制御装置において、上記出力制限検出手段は、上記電動機の出力可能なトルクが実際に上記上限トルクより小さい制限トルクに制限されたときに、上記所定状態にあると検出することを特徴とする（請求項２）。
また具体的には、上記ハイブリッド電気自動車の制御装置において、上記電動機に電力を供給するバッテリの充電率を検出する充電率検出手段を更に備え、上記出力制限検出手段は、上記充電率検出手段によって検出された上記バッテリの充電率が所定の下限充電率より低下したときに、上記所定状態にあると検出することを特徴とする（請求項３）。

また具体的には、上記ハイブリッド電気自動車の制御装置において、上記出力制限検出手段は、上記バッテリが出力することのできる電力の上限である許容出力値が所定出力よりも低下したときに上記所定状態にあると検出することを特徴とする（請求項４）。
また、これらのハイブリッド電気自動車の制御装置において、上記制御手段は、上記出力制限検出手段によって上記所定状態が検出された場合には、車両発進開始時における上記自動変速機の変速段を第１変速段とする変速マップを使用する一方、上記出力制限検出手段によって上記所定状態が検出されない場合には、車両発進開始時における上記自動変速機の変速段を上記第１変速段より高速側の第２変速段とする変速マップを使用することを特徴とする（請求項５）。

このように構成されたハイブリッド電気自動車の制御装置によれば、車両の発進時に出力制限検出手段によって上記所定状態が検出された場合には、自動変速機の変速段が第１変速段とされて車両の発進が開始される。また、車両の発進時に出力制限検出手段によって上記所定状態が検出されない場合には、自動変速機の変速段が上記第１変速段よりも高速側の第２変速段とされて車両の発進が開始される。

本発明のハイブリッド電気自動車の制御装置によれば、出力可能な最大トルクとして予め定められた上限トルクを電動機が出力困難となる所定状態であることが検出されると、上記所定状態が検出されないときに比べ、車両の運転状態の変化に応じた自動変速機のダウンシフトが早めに行われると共に、アップシフトが遅めに行われるようにしたので、電動機が上記上限トルクまで出力できない状態であっても、車両の駆動に必要な駆動力を確保することが可能となり、良好な運転性能を維持して駆動力不足による運転フィーリングの低下を防止することができる。

また、上記所定状態が検出されないときには、電動機が上限トルクを出力できない状態を考慮した変速マップを使用する必要がないので、電動機を搭載せずにエンジンのみを駆動源とする車両の自動変速機と比較して早めにシフトアップを行うことが可能となる。この結果、エンジンと電動機を併用して車両の駆動を行った場合に、車両の駆動に必要な駆動力を得ながらエンジンの燃費を向上させることができる。

また、請求項２のハイブリッド電気自動車の制御装置によれば、電動機の出力可能なトルクが実際に上記上限トルクより小さい制限トルクに制限されたときに、上記所定状態にあると検出するようにしたので、電動機が上限トルクを出力できない状態を的確に検出して変速マップを切り換えることができる。
また、請求項３のハイブリッド電気自動車の制御装置によれば、バッテリの充電率が所定の下限充電率より低下したときに、上記所定状態にあると検出するようにしたので、バッテリの充電率低下によって電動機の出力が実際に低下するのを予測して変速マップを切り換えることが可能となり、変速マップの切り換え遅れに伴う一時的な駆動力不足を防止することができる。

また、請求項４のハイブリッド電気自動車の制御装置によれば、バッテリが出力することのできる電力の上限である許容出力値が所定出力よりも低下したときに上記所定状態にあると検出するようにしたので、バッテリの許容出力値の低下によって電動機の出力が実際に低下するのを予測して変速マップを切り換えることが可能となり、変速マップの切り換え遅れに伴う一時的な駆動力不足を防止することができる。

また、請求項５のハイブリッド電気自動車の制御装置によれば、車両の発進時に上記所定状態が検出された場合には、自動変速機の変速段が第１変速段とされて車両の発進が開始されるようにしたので、電動機が上限トルクを出力することができなくても車両の発進に必要な駆動力を確保することができ、車両発進時の駆動力不足による運転性能及び運転フィーリングの低下を防止することができる。

また、車両の発進時に上記所定状態が検出されない場合には、自動変速機の変速段が第１変速段よりも高速側の第２変速段とされて車両の発進が開始されるようにしたので、スムーズな発進が可能となると共に、変速段の切り換え回数を減らすことによりスムーズな加速が可能となる。

図１は本発明の一実施形態であるハイブリッド電気自動車１の制御装置の要部構成図である。ディーゼルエンジン（以下エンジンという）２の出力軸にはクラッチ４の入力軸が連結されており、クラッチ４の出力軸は永久磁石式同期電動機（以下電動機という）６の回転軸を介して前進変速段（以下では単に変速段という）が５段の自動変速機（以下変速機という）８の入力軸が連結されている。また、変速機８の出力軸はプロペラシャフト１０、差動装置１２及び駆動軸１４を介して左右の駆動輪１６に接続されている。

従って、クラッチ４が接続されているときには、エンジン２の出力軸と電動機６の回転軸の両方が、変速機８を介して駆動輪１６と機械的に接続可能となり、クラッチ４が切断されているときには電動機６の回転軸のみが変速機８を介して駆動輪１６と機械的に接続可能となる。
電動機６は、バッテリ１８に蓄えられた直流電力がインバータ２０によって交流電力に変換されて供給されることによりモータとして作動し、その駆動トルクが変速機８によって適切な速度に変速された後に駆動輪１６に伝達されるようになっている。また、車両減速時には、電動機６が発電機として作動し、駆動輪１６の回転による運動エネルギが変速機８を介し電動機６に伝達されて交流電力に変換されることにより回生制動トルクを発生する。そして、この交流電力はインバータ２０によって直流電力に変換された後、バッテリ１８に充電され、駆動輪１６の回転による運動エネルギが電気エネルギとして回収される。

一方、エンジン２の駆動トルクは、クラッチ４が接続されているときに電動機６の回転軸を経由して変速機８に伝達され、適切な速度に変速された後に駆動輪１６に伝達されるようになっている。従って、エンジン２の駆動トルクが駆動輪１６に伝達されているときに電動機６がモータとして作動する場合には、エンジン２の駆動トルクと電動機６の駆動トルクとがそれぞれ変速機８を介して駆動輪１６に伝達されることになる。即ち、車両の駆動のために駆動輪１６に伝達されるべき駆動トルクの一部がエンジン２から供給されると共に、残部が電動機６から供給される。

また、バッテリ１８の充電率（以下ＳＯＣという）が低下してバッテリ１８を充電する必要があるときには、電動機６が発電機として作動すると共に、エンジン２の駆動力の一部を用いて電動機６を駆動することにより発電が行われ、発電された交流電力をインバータ２０によって直流電力に変換した後にバッテリ１８に充電するようにしている。
車両ＥＣＵ２２（制御手段）は、車両やエンジン２の運転状態、及びエンジンＥＣＵ２４、インバータＥＣＵ２６並びにバッテリＥＣＵ（充電率検出手段）２８からの情報などに応じて、クラッチ４の接続・切断制御及び変速機８の変速段切換制御を行うと共に、これらの制御状態や車両の発進、加速、減速など様々な運転状態に合わせてエンジン２や電動機６を適切に運転するための統合制御を行う。

そして車両ＥＣＵ２２は、このような制御を行う際に、アクセルペダル３０の踏込量を検出するアクセル開度センサ３２や、車両の走行速度を検出する車速センサ３４及び電動機６の回転数を検出する回転数センサ３６の検出結果に基づき、要求駆動トルク並びに要求減速トルクを演算し、これら要求駆動トルク及び要求減速トルクを満足するように、エンジン２が発生するトルク及び電動機６が発生するトルクを設定している。

エンジンＥＣＵ２４は、エンジン２の始動・停止制御やアイドル制御、或いは排ガス浄化装置（図示せず）の再生制御など、エンジン２自体の運転に必要な各種制御を行うと共に、車両ＥＣＵ２２によって設定されたエンジン２に必要とされるトルクをエンジン２が発生するよう、エンジン２の燃料の噴射量や噴射時期などを制御する。
一方、インバータＥＣＵ２６は、車両ＥＣＵ２２によって設定された電動機６が発生すべきトルクに基づきインバータ２０を制御することにより、電動機６をモータ作動または発電機作動させて運転制御する。また、電動機６やインバータ２０の温度を検出する温度センサ（図示せず）からの出力信号を受けて、電動機６の温度を車両ＥＣＵ２２に送っている。

バッテリＥＣＵ２８は、バッテリ１８の温度や、バッテリ１８の電圧、インバータ２０とバッテリ１８との間に流れる電流などを検出すると共に、これらの検出結果からバッテリ１８のＳＯＣを求め、求めたＳＯＣを検出結果と共に車両ＥＣＵ２２に送っている。
このように構成されたハイブリッド電気自動車１において、車両を走行させるために車両ＥＣＵ２２を中心として行われる制御の概要は以下の通りである。

まず、車両が停車状態にあってエンジン２が停止しており、チェンジレバー（図示せず）がニュートラル位置にあるときに運転者がスタータスイッチ（図示せず）によってエンジン２を始動する操作を行うと、車両ＥＣＵ２２は変速機８がニュートラル位置となって電動機６と駆動輪１６との機械的な接続が遮断されていると共にクラッチ４が接続されていることを確認した後、インバータＥＣＵ２６に対してエンジン２の始動に必要な電動機６の駆動トルクを指示すると共に、エンジンＥＣＵ２４にエンジン２を運転するよう指示する。

インバータＥＣＵ２６は車両ＥＣＵ２２からの指示に基づき、電動機６をモータ作動させて駆動トルクを発生させ、エンジン２をクランキングし、エンジンＥＣＵ２４がエンジン２への燃料の供給を開始することによりエンジン２が始動する。エンジン２の始動完了後は、車両ＥＣＵ２２がクラッチ４を切断し、エンジン２はアイドル運転を行う。
このようにしてエンジン２を始動した後、車両が停止状態にあるときには、クラッチ４が切断されており、エンジン２はアイドル運転状態にある。そして、運転者がチェンジレバーをドライブ位置などに操作すると、車両ＥＣＵ２２はクラッチ４を切断すると共に変速機８の変速段を変速マップに従って発進開始時の変速段とする。そして、運転者がアクセルペダル３０を踏み込むと、車両ＥＣＵ２２はアクセル開度センサ３２によって検出されたアクセルペダル３０の踏込量に応じ、車両を発進させるために駆動輪１６に伝達すべき駆動トルクを求め、この駆動トルクと変速機８で使用中の変速段とに基づき電動機６の出力トルクを設定する。

インバータＥＣＵ２６は、車両ＥＣＵ２２が設定した電動機６の出力トルクに応じてインバータ２０を制御し、バッテリ１８の直流電力がインバータ２０によって交流電力に変換されて電動機６に供給される。電動機６は交流電力が供給されることによってモータ作動して駆動力を発生し、電動機６の駆動力は変速機８を介して駆動輪１６に伝達され、車両が発進する。

車両が発進加速して電動機６の回転数がエンジン２のアイドル回転数の近傍まで上昇すると、クラッチ４を接続してエンジン２の駆動力を駆動輪に伝達することが可能となり、車両ＥＣＵ２２は更なる車両の加速及びその後の走行のために、駆動輪１６に伝達すべき駆動トルクを求める。そして、この駆動トルクを変速機８で使用中の変速段や車両の運転状態に応じてエンジン２の出力トルクと電動機６の出力トルクとに適切に振り分け、エンジンＥＣＵ２４やインバータＥＣＵ２６に指示すると共に、必要に応じて変速機８やクラッチ４を制御する。

エンジンＥＣＵ２４及びインバータＥＣＵ２６は車両ＥＣＵ２２が設定した出力トルクを受けて、エンジン２及び電動機６をそれぞれ制御し、クラッチ４が接続されているときにはエンジン２及び電動機６の出力トルクが変速機８を介して駆動輪１６に伝達される一方、クラッチ４が切断されているときには電動機６が発生した出力トルクが変速機８を介して駆動輪１６に伝達され車両が走行する。

また、このとき車両ＥＣＵ２２は、アクセル開度センサ３２によって検出されたアクセルペダル３０の踏込量や車速センサ３４によって検出された走行速度などの車両の運転状態に応じ、変速機８の変速段を適宜切換制御すると共に、変速段の切り換えに合わせてエンジン２や電動機６のトルクを適切に制御するよう、エンジンＥＣＵ２４及びインバータＥＣＵ２６に対して指示すると共にクラッチ４の断接を制御している。

ところで、電動機６にはその仕様により電動機６が連続して出力可能な最大トルクとして上限トルクが定められており、電動機６からトルクを出力させる際には出力トルクがこの上限トルクを超えることのないように制御を行う。しかしながら、バッテリ１８のＳＯＣが何らかの理由により極度に低下した場合や、寒冷地でバッテリ１８や電動機６の温度が大きく低下したような場合などでは、電動機６から上限トルクの出力トルクを得ることができないことがある。また、バッテリ１８や電動機６或いはインバータ２０の温度が過度に上昇した場合にも、これらを保護するために電動機６の出力が上限トルクより小さい制限トルク以下に制限される。

車両ＥＣＵ２２は、このような場合にも駆動輪１６に必要な駆動力が伝達されるようにするため、車両の運転状態に応じた変速機８の変速段制御を行う際に使用する変速マップを切り換えて使用している。
この車両ＥＣＵ２２による変速マップの切換制御は図２に示すフローチャートに従い所定の制御周期で行われる。

切換制御が開始されると、ステップＳ１では電動機６が上限トルクを出力困難であるか否かを判定する（出力制限検出手段）。
車両ＥＣＵ２２は、上述のようにバッテリＥＣＵ２８から送られてくる情報に基づき、バッテリ１８のＳＯＣが極度に低下したことを検知した場合や、バッテリ１８の温度が大きく低下していることを検知した場合には、それぞれの場合に応じて電動機６の出力トルクを上限トルクより小さな制限トルク以下に制限する。また、このような場合のほかに、バッテリＥＣＵ２８及びインバータＥＣＵ２６から送られてくる情報に基づき、バッテリ１８や電動機６或いはインバータ２０の温度が過度に上昇したことを検知した場合にも、それぞれの場合に応じて電動機６の出力トルクを上限トルクより小さな制限トルク以下に制限する。そしてステップＳ１では、このような出力トルクの制限が行われる状況にあるときに、電動機６が上限トルクを出力困難であると判定する。

ステップＳ１で電動機６が上限トルクを出力可能であると判定した場合にはステップＳ２に進んでシフトアップ用変速マップＳＵ１及びシフトダウン用変速マップＳＤ１を選択する一方、電動機６が上限トルクを出力困難であると判定した場合にはステップＳ３に進んでシフトアップ用変速マップＳＵ２及びシフトダウン用変速マップＳＤ２を選択し、その制御周期を終了する。

このようにしてステップＳ１の判定を制御周期毎に繰り返すことにより、電動機６が上限トルクを出力困難であるか否かに応じて適宜シフトアップ用変速マップＳＵ１及びシフトダウン用変速マップＳＤ１の組合せ、又はシフトアップ用変速マップＳＵ２及びシフトダウン用変速マップＳＤ２の組合せを選択するようにしている。
これら変速マップは、いずれもアクセル開度センサ３２によって検出されたアクセルペダル３０の踏込量と車速センサ３４によって検出された走行速度とに応じて変速機８の変速段のシフトアップ及びシフトダウンを行う際に使用される。

図３は、これらの変速マップのうち、シフトアップ用変速マップＳＵ１を示しており、アクセルペダル３０の踏み込み量と走行速度とに応じて、２速から３速へのシフトアップ線（２→３）、３速から４速へのシフトアップ線（３→４）及び４速から５速へのシフトアップ線（４→５）が設定されている。
従って、車両運転状態の変化によりアクセルペダル３０の踏み込み量と走行速度とによって定まる点が２速から３速へのシフトアップ線を図の左方から右方へと横切ると、車両ＥＣＵ２２は変速機８の変速段を２速から３速へとシフトアップする。また、３速から４速へのシフトアップ線及び４速から５速へのシフトアップ線についても同様であり、アクセルペダル３０の踏み込み量と走行速度とによって定まる点が各シフトアップ線を図の左方から右方に横切ったときにそれぞれ対応するシフトアップが行われる。

なお、このシフトアップ用変速マップＳＵ１は、電動機６の出力トルクが併用されることから、電動機を搭載せずにエンジンのみを駆動源とする車両に適用される自動変速機の変速マップと比較して、シフトアップが早めに行われるような設定となっている。この結果、エンジン２と電動機６とを併用して車両の駆動を行った場合に、車両の駆動に必要な駆動力を得ながらエンジン２の燃費を向上させることができるようになっている。

また、図３に示すように、電動機６が上限トルクを出力可能な場合には、最低変速段が２速であって、車両の発進時には変速段を２速として車両の発進が開始される。従って、本実施形態では２速の変速段が本発明の第２変速段に相当する。
これに対し、図４はシフトアップ用変速マップＳＵ２を示しており、アクセルペダル３０の踏み込み量と走行速度とに応じて、１速から２速へのシフトアップ線（１→２）、２速から３速へのシフトアップ線（２→３）、３速から４速へのシフトアップ線（３→４）及び４速から５速へのシフトアップ線（４→５）が図中に実線で示すようにして設定されている。

このマップを使用した場合にも、シフトアップ用変速マップＳＵ１の場合と同様にしてシフトアップが行われるが、図４に示すようにシフトアップ用変速マップＳＵ２には、シフトアップ用変速マップＳＵ１にはない１速から２速へのシフトアップ線が設定されている。即ち、電動機６が上限トルクを出力困難な場合には、最低変速段が１速となり、車両の発進時には変速段を１速として車両の発進が開始される。従って、本実施形態では１速の変速段が本発明の第１変速段に相当する。

また、図中にはシフトアップ用変速マップＳＵ１の各シフトアップ線を点線で示すが、これらシフトアップ線に対し、シフトアップ用変速マップＳＵ２の対応するシフトアップ線はいずれも、同じアクセルペダル３０の踏み込み量に対して、より高速側でシフトアップが行われるようになっている。即ち、シフトアップ用変速マップＳＵ２を用いた場合には、シフトアップ用変速マップＳＵ１を用いた場合よりも車両の運転状態の変化に応じたシフトアップが遅めに行われることになる。

図５は、電動機６が上限トルクを出力可能な場合に選択されるシフトダウン用変速マップＳＤ１を示しており、アクセルペダル３０の踏み込み量と走行速度とに応じて、５速から４速へのシフトダウン線（４←５）、４速から３速へのシフトダウン線（３←４）及び３速から２速へのシフトダウン線（２←３）が設定されている。
従って、車両運転状態の変化によりアクセルペダル３０の踏み込み量と走行速度とによって定まる点が５速から４速へのシフトダウン線を図の右方から左方へと横切ると、車両ＥＣＵ２２は変速機８の変速段を５速から４速へとシフトダウンする。また、４速から３速へのシフトダウン線及び３速から２速へのシフトダウン線についても同様であり、アクセルペダル３０の踏み込み量と走行速度とによって定まる点が各シフトダウン線を図の右方から左方へ横切ったときにそれぞれ対応するシフトダウンが行われる。

また、電動機６が上限トルクを出力可能な場合には、図５に示すように２速までしかシフトダウンが行われず、前述したとおり次の車両の発進時には変速段を２速として車両の発進が開始される。
これに対し、図６は電動機６が上限トルクを出力困難な場合に選択されるシフトダウン用変速マップＳＤ２を示しており、アクセルペダル３０の踏み込み量と走行速度とに応じて、５速から４速へのシフトダウン線（４←５）、４速から３速へのシフトダウン線（３←４）、３速から２速へのシフトダウン線（２←３）及び２速から１速へのシフトダウン線（１←２）が図中に実線で示すようにして設定されている。

このマップを使用した場合にも、シフトダウン用変速マップＳＤ１の場合と同様にしてシフトダウンが行われるが、図６に示すようにシフトダウン用変速マップＳＤ２には、シフトダウン用変速マップＳＤ１にはない２速から１速へのシフトダウン線が設定されている。従って、電動機６が上限トルクを出力困難な場合には、１速までシフトダウンが行われ、前述したとおり次の車両の発進時には変速段を１速として車両の発進が開始される。

また、図中にはシフトダウン用変速マップＳＤ１の各シフトダウン線を点線で示すが、これらシフトアップ線に対し、シフトダウン用変速マップＳＤ２の対応するシフトダウン線はいずれも、同じアクセルペダル３０の踏み込み量に対して、より高速側でシフトダウンが行われるようになっている。即ち、シフトダウン用変速マップＳＤ２を用いた場合には、シフトダウン用変速マップＳＤ１を用いた場合よりも車両の運転状態の変化に応じたシフトダウンが早めに行われることになる。

このように設定された各変速マップを選択して使用することにより、駆動輪１６への駆動力の伝達は次のようにして行われる。
電動機６が上限トルクを出力可能であって、変速マップの切換制御によってシフトアップ用変速マップＳＵ１及びシフトダウン用変速マップＳＤ１が選択された場合には、前述のようにして運転者が車両の発進操作を行うと、車両ＥＣＵ２２はクラッチ４を切断すると共に、選択した変速マップに従って変速機８の変速段を２速とする。そして、車両ＥＣＵ２２がアクセルペダル３０の踏込量に応じて設定した駆動輪１６に伝達すべき駆動トルクから変速段が２速のときの電動機６の出力トルクを設定し、設定された電動機６の駆動トルクに従い、インバータＥＣＵ２６がインバータ２０を制御することにより、電動機６の駆動力が変速機８を介して駆動輪１６に伝達され、車両が発進する。

このように、電動機６が上限トルクを出力可能な場合には、変速機８の変速段を２速として電動機６により車両を発進させるようにしたので、車両のスムーズな発進を可能とすることができる。
車両が発進加速して電動機６の回転数がエンジン２のアイドル回転数の近傍まで上昇すると、クラッチ４を接続してエンジン２の駆動力を駆動輪に伝達することが可能となり、車両ＥＣＵ２２は更なる車両の加速及びその後の走行のために、駆動輪１６に伝達すべき駆動トルクを決定する。そして、この駆動トルクから変速機８で使用中の変速段に応じてエンジン２及び電動機６から出力すべき要求トルクを求め、この要求トルクを車両の運転状態に応じてエンジン２側と電動機６側に適切に振り分ける。

車両ＥＣＵ２２が要求トルクをエンジン２及び電動機６に振り分ける際には、エンジン２の出力トルクをエンジン２の回転数に応じて先に決定し、エンジン２の出力トルクが要求トルクに不足する場合にはその不足分を電動機６の出力トルクする。このとき、エンジン２の出力トルクはエンジン２の排ガス特性を考慮して比較的エンジン回転数の低い領域ではＮＯｘ排出量の少ない所定の許容トルク以下のトルク領域に制限している。従って、要求トルクが許容トルクを上回るまではエンジン２のみによって要求トルクが得られるように制御が行われ、要求トルクが許容トルクを上回るとエンジン２から許容トルクを出力すると共に不足分が電動機６から出力されるように制御が行われる。

また、このようにして車両が走行する際に、車両ＥＣＵ２２は選択したシフトアップ用変速マップＳＵ１及びシフトダウン用変速マップＳＤ１に基づき、アクセル開度センサ３２が検出したアクセルペダル３０の踏み込み量や車速センサ３４が検出した走行速度の変化に応じて変速機８の変速段をシフトアップしたりシフトダウンしたりすると共に必要に応じてクラッチ４を制御する。

即ち、アクセルペダル３０の踏み込み量と走行速度とによって定まる点が前述のように図３に示すシフトアップ用変速マップＳＵ１のシフトアップ線を横切るとシフトアップが行われ、図５に示すシフトダウン用変速マップＳＤ１のシフトダウン線を横切るとシフトダウンが行われる。
従って、車両が発進して加速した場合、走行速度の上昇に伴い変速機８の変速段は順次シフトアップされていくが、前述のように車両発進時の変速段が２速となっているため、発進時の変速段を１速とする場合よりも５速までのシフトアップ回数を減らしてスムーズな加速を行うことが可能となる。

一方、電動機６が上限トルクを出力困難であって、変速マップの切換制御によりシフトアップ用変速マップＳＵ２及びシフトダウン用変速マップＳＤ２が選択された場合には、前述のようにして運転者が車両の発進操作を行うと、車両ＥＣＵ２２はクラッチ４を切断すると共に、選択した変速マップに従って変速機８の変速段を１速とする。
また、車両ＥＣＵ２２は、アクセルペダル３０の踏込量に応じて設定した駆動輪１６に伝達すべき駆動トルクから電動機６の駆動トルクを設定するが、このときには電動機６が上限トルクまでトルクを出力することができない状態にあるため、図２のステップＳ１での判定に使用した電動機６が上限トルクを出力困難である要因に応じて電動機６の出力トルクは上限トルクより小さい制限トルク以下に制限される。

ところが、このとき変速機８で使用される変速段は１速であるため、変速段が２速のときと同等の駆動トルクを駆動輪１６に伝達するために電動機６が出力するトルクは、変速段が２速のときよりも小さくてすむことになる。従って、電動機６の出力トルクが上限トルクより小さい制限トルク以下に制限されても、駆動輪１６には車両の発進に必要な駆動力を伝達することが可能となり、車両発進時の駆動力不足による運転性能及び運転フィーリングの低下を防止することができる。

そして、このようにして設定された電動機６の駆動トルクに従い、インバータＥＣＵ２６がインバータ２０を制御することにより、電動機６の駆動力が変速機８を介して駆動輪１６に伝達され、車両が発進する。
車両が発進加速して電動機６の回転数がエンジン２のアイドル回転数近傍まで上昇し、クラッチ４を接続してエンジン２の駆動力を駆動輪に伝達することが可能になると、車両ＥＣＵ２２は前述のようにして駆動輪１６に伝達すべき駆動トルクを決定し、この駆動トルクからエンジン２及び電動機６から出力すべき要求トルクを求め、エンジン２側と電動機６側に適切に振り分ける。

また、車両ＥＣＵ２２は選択したシフトアップ用変速マップＳＵ２及びシフトダウン用変速マップＳＤ２に基づき、アクセル開度センサ３２が検出したアクセルペダル３０の踏み込み量や車速センサ３４が検出した走行速度の変化に応じて変速機８の変速段をシフトアップしたりシフトダウンしたりすると共に必要に応じてクラッチ４を制御する。
即ち、アクセルペダル３０の踏み込み量と走行速度とによって定まる点が前述のようにして図４に示すシフトアップ用変速マップＳＵ２のシフトアップ線を横切るとシフトアップが行われ、図６に示すシフトダウン用変速マップＳＤ２のシフトダウン線を横切るとシフトダウンが行われる。

このとき、シフトアップ用変速マップＳＵ２及びシフトダウン用変速マップＳＤ２はシフトアップ用変速マップＳＵ１及びシフトダウン用変速マップＳＤ１と比較して、アクセルペダル３０の踏み込み量及び走行速度の変化に対して遅めにシフトアップが行われると共に早めにシフトダウンが行われるようになっている。従って、エンジン２及び電動機６は比較的高回転側で使用され、車両の走行のために駆動輪１６に伝達すべき駆動トルクから、使用中の変速段に応じて求められるエンジン２及び電動機６の出力トルクの合計は、電動機６が上限トルクを出力可能である場合よりも小さくなる。

従って、電動機６の出力トルクが前述のようにして上限トルクより小さい制限トルク以下に制限されても、駆動輪１６には車両の走行に必要な駆動力を伝達することが可能となり、駆動力不足による運転性能や運転フィーリングの低下を防止することができる。
また、車両ＥＣＵ２２が要求トルクをエンジン２及び電動機６に振り分ける際には、電動機６が上限トルクを出力可能である場合と同様に、エンジン２の出力トルクをエンジン２の回転数に応じて先に決定し、エンジン２の出力トルクが要求トルクに不足する場合にはその不足分を電動機６の出力トルクする。

このように電動機６の回転数がエンジン２のアイドル回転数近傍以上に上昇してクラッチ４を接続した後にトルクの配分を行う際、車両ＥＣＵ２２は図７に示すような制御マップを使用する。この制御マップは、図２に示すように電動機６の回転数と要求トルクとによってエンジン２及び電動機６のトルクの出力領域を規定するものであり、要求トルクの上限値Ｔｍａｘより下方の領域において、エンジン２のみで要求トルクを得る出力領域Ｒ１とエンジン２及び電動機６の両方により要求トルクを得る出力領域Ｒ２とに分割されている。なお、このときにはクラッチ４が接続されていることから、電動機６の回転数はエンジン２の回転数と一致している。

出力領域Ｒ１とＲ２との境界線は、エンジン２がその回転数において出力可能な最大トルクＴｅに対応している。従って、要求トルクがエンジン２の最大出力トルクを上回るまではエンジン２のみで要求トルクを得るように制御が行われ、要求トルクがエンジン２の最大出力トルクを上回るとエンジン２がそのときの最大トルクを出力する共に不足分が電動機６から出力されるように制御が行われる。

電動機６が上限トルクを出力可能な場合には、前述したようにエンジン２の排ガス特性を考慮してエンジン２の出力トルクを許容トルク以下に制限しているが、図７にはこの許容トルクを一点鎖線によって示している。
図７に示すように、電動機６が上限トルクを出力可能な場合にはエンジン２の出力トルクを許容トルク以下に制限するのに対し、電動機６が上限トルクを出力可能な場合にはエンジン２の出力を最大トルクＴｅまで許容することにより、電動機６が上限トルクを出力困難である場合の方が電動機６の出力トルクを必要とする領域が低速側に縮小されることになる。

このような出力領域を設定することによって、電動機６が上限トルクを出力困難な場合には電動機６の負担をできる限り軽減し、特にＳＯＣの低下で電動機６の出力が制限されるような場合にＳＯＣの更なる低下を抑制すると共に早期回復が図れるようにしている。
また、電動機６が上限トルクを出力困難な場合には、前述のようにシフトアップ用変速マップＳＵ２及びシフトダウン用変速マップＳＤ２が選択されることにより、エンジン２及び電動機６が高回転側で運転されるようになるが、上述のように電動機６の出力領域が縮小されると共に低速側に移行することと相俟って、電動機６に対する出力制限の影響はより小さなものとなる。

従って、電動機６の出力が大きく制限されるような場合であっても、駆動力不足となるような事態を確実に防止することが可能となる。
以上で本発明の一実施形態に係るハイブリッド電気自動車の制御装置についての説明を終えるが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。
例えば、上記実施形態では、電動機６の出力トルクが上限トルクより小さい制限トルク以下に実際に制限されるときに電動機６が上限トルクを出力困難であると判定するようにして、電動機６が上限トルクを出力困難であることを確実に検出できるようにしたが、バッテリＥＣＵ２８からの情報に基づき、バッテリ１８のＳＯＣが所定の下限ＳＯＣ（例えば３０％）より低下したときに電動機６が上限トルクを出力困難であると判定するようにしても良い。この場合、電動機６が実際に上限トルクを出力できなくなるようなＳＯＣよりも幾分大きめのＳＯＣを下限ＳＯＣとすることにより、電動機６の出力が実際に低下するのを予測して変速マップを切り換えることが可能となり、変速マップの切り換え遅れに伴う一時的な駆動力不足を防止することができる。

或いは、バッテリＥＣＵ２８からの情報に基づき、バッテリ１８がその時点で出力可能な電力の上限である許容出力値が所定出力よりも低下したときに、電動機６が上限トルクを出力困難であると判定するようにしても良い。このような場合にも、電動機６の出力が実際に低下するのを予測して変速マップを切り換えることが可能となり、変速マップの切り換え遅れに伴う一時的な駆動力不足を防止することができる。

また、上記実施形態では、電動機６が上限トルクを出力困難な場合の車両発進時の変速段を１速とし、電動機６が上限トルクを出力可能な場合の車両発進時の変速段を２速としたが、それぞれの場合の車両発進時における変速段はこれに限られるものではなく、電動機６が上限トルクを出力困難な場合の変速段よりも電動機６が上限トルクを出力可能な場合の変速段の方が高速側であればよい。

更に、上記実施形態では、電動機６をクラッチ４と変速機８との間に配置するようにしたが、電動機６の配置はこれに限られるものではなく、例えばエンジン２とクラッチ４との間に電動機６を配置したハイブリッド電気自動車のように、エンジン２の駆動力と電動機６の駆動力とがそれぞれ駆動輪１６に伝達可能なハイブリッド電気自動車であれば同様の効果を得ることができる。

また、上記実施形態では変速機８を前進５段の自動変速機としたが、変速段の数及び自動変速機の形式はこれに限られるものではなく、無段変速機などであっても良い。
なお、上記実施形態ではエンジン２をディーゼルエンジンとしたが、エンジン形式はこれに限られるものではなく、ガソリンエンジンなどでも良い。

本発明の一実施形態に係るハイブリッド電気自動車の制御装置の全体構成図である。 図１のハイブリッド電気自動車の制御装置で行われる変速マップの切換制御のフローチャートである。 シフトアップ用変速マップＳＵ１を示す図である。 シフトアップ用変速マップＳＵ２を示す図である。 シフトダウン用変速マップＳＤ１を示す図である。 シフトダウン用変速マップＳＤ２を示す図である。 電動機が上限トルクを出力困難である場合のエンジン及び電動機の出力領域を示す図である。

符号の説明

１ ハイブリッド電気自動車
２ エンジン
６ 電動機
８ 自動変速機
１６ 駆動輪
１８ バッテリ
２２ 車両ＥＣＵ（出力制限検出手段、制御手段）
２８ バッテリＥＣＵ（充電率検出手段）

Claims (5)

1. エンジンの駆動力と電動機の駆動力とが複数の前進変速段を有する自動変速機を介して車両の駆動輪に伝達可能なハイブリッド電気自動車の制御装置において、
   出力可能な最大トルクとして予め定められた上限トルクを上記電動機が出力困難となる所定状態であることを検出する出力制限検出手段と、
   所定の変速マップに基づき上記車両の運転状態の変化に応じて上記自動変速機の変速段を切換制御し、上記出力制限検出手段によって上記所定状態が検出されたときには、上記出力制限検出手段によって上記所定状態が検出されないときに使用する変速マップと比較して、上記車両の運転状態の変化に応じたダウンシフトが早めに行われると共に、上記車両の運転状態の変化に応じたアップシフトが遅めに行われる制御マップを用いて上記自動変速機を制御する制御手段と
   を備えたことを特徴とするハイブリッド電気自動車の制御装置。
2. 上記出力制限検出手段は、上記電動機の出力可能なトルクが実際に上記上限トルクより小さい制限トルクに制限されたときに、上記所定状態にあると検出することを特徴とする請求項１に記載のハイブリッド電気自動車の制御装置。
3. 上記電動機に電力を供給するバッテリの充電率を検出する充電率検出手段を更に備え、
   上記出力制限検出手段は、上記充電率検出手段によって検出された上記バッテリの充電率が所定の下限充電率より低下したときに、上記所定状態にあると検出することを特徴とする請求項１に記載のハイブリッド電気自動車の制御装置。
4. 上記出力制限検出手段は、上記バッテリが出力することのできる電力の上限である許容出力値が所定出力よりも低下したときに上記所定状態にあると検出することを特徴とする請求項１に記載のハイブリッド電気自動車の制御装置。
5. 上記制御手段は、上記出力制限検出手段によって上記所定状態が検出された場合には、車両発進開始時における上記自動変速機の変速段を第１変速段とする変速マップを使用する一方、上記出力制限検出手段によって上記所定状態が検出されない場合には、車両発進開始時における上記自動変速機の変速段を上記第１変速段より高速側の第２変速段とする変速マップを使用することを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載のハイブリッド電気自動車の制御装置。

Images