JP2007331540A

JP2007331540A - ハイブリッド車両の制御装置

Info

Publication number: JP2007331540A
Application number: JP2006164974A
Authority: JP
Inventors: Takeshi Nakano; 壮中野; Yutaka Noguchi; 野口　　裕; Katsumi Tomioka; 勝巳富岡
Original assignee: Fuji Heavy Industries Ltd
Current assignee: Subaru Corp
Priority date: 2006-06-14
Filing date: 2006-06-14
Publication date: 2007-12-27

Abstract

【課題】挙動安定制御が適用されるハイブリッド車両の低コスト化を達成する。
【解決手段】ハイブリッド車両には、駆動源としてのエンジンおよびモータジェネレータを備えたパワーユニットが搭載される。制動時に車輪のスリップを抑制するアンチロックブレーキ制御や、加速時に車輪のスリップを抑制するトラクション制御が実行される場合には、モータジェネレータのモータトルクがゼロに制御される(ステップＳ４)。また、車両に作用するヨーモーメントを打ち消すビークルダイナミックス制御が実行される場合であっても、パワーユニットに対するトルクダウン要求がある場合(ステップＳ６)には、モータジェネレータのモータトルクがゼロに制御される(ステップＳ４)。これにより、エンジンのみを制御してパワーユニットからの駆動トルクを制御することができるため、挙動安定制御の簡素化を図るとともにハイブリッド車両の低コスト化を図ることができる。
【選択図】図３

Description

本発明は、エンジンおよび電動モータによって駆動されるハイブリッド車両の制御装置に関する。

走行状況に応じてエンジンの出力制御や各車輪のブレーキ制御を実行することにより、車両の挙動を安定させるようにした複数の挙動安定制御が開発されている。これらの挙動安定制御としては、旋回走行時のアンダーステア状態やオーバーステア状態に基づいて、エンジン出力制御やブレーキ制御を実行することにより、車両に作用するヨーモーメントを打ち消すようにしたビークルダイナミックス制御がある。また、加速時における車輪のスリップが一定の限度を超えたときに、エンジン出力制御やブレーキ制御を実行することにより、最適なトラクションを確保して車両挙動を安定させるトラクション制御がある。さらに、制動時における車輪のスリップが一定の限度を超えたときに、エンジン出力制御やブレーキ制御を実行することにより、最適なグリップ力を確保して車両挙動を安定させるアンチロックブレーキ制御がある。

これらの挙動安定制御は、駆動源としてエンジンのみを搭載するようにした車両に適用されるだけでなく、駆動源としてエンジンおよび電動モータを搭載するようにしたハイブリッド車両にも適用されている(たとえば、特許文献１参照)。特許文献１に記載されるハイブリッド車両にあっては、エンジンに比べて制御応答性の良い電動モータを用いて車輪の駆動トルクを制御することにより、トラクション制御の応答性を高めて車両品質を向上させるようにしている。
特開２００５−６３９５号公報

しかしながら、ハイブリッド車両に対して挙動安定制御を適用することは、挙動安定制御の複雑化を招くとともに、ハイブリッド車両の高コスト化を招くことになっていた。つまり、車輪の駆動トルクを制御して車両挙動を安定させるためには、エンジンと電動モータとに対する２つのトルク制御を協調させながら実行する必要があるが、このようなトルク制御を実行するためには、複雑な制御プログラムが要求されるとともに、新たなエンジントルクマップやモータトルクマップが要求されることになる。

本発明の目的は、挙動安定制御が適用されるハイブリッド車両の低コスト化を図ることにある。

本発明のハイブリッド車両の制御装置は、エンジンと、前記エンジンに連結される電動モータと、前記エンジンおよび前記電動モータに駆動される車輪とを備えるハイブリッド車両の制御装置であって、前記車輪の回転速度に基づいて、前記車輪のスリップ状態を判定するスリップ判定手段と、前記車輪のスリップ状態に基づいて、車両の挙動安定制御を実行するか否かを判定する安定制御手段と、
前記挙動安定制御を実行する際に、前記電動モータから出力されるモータトルクを所定値に固定するモータ制御手段とを有することを特徴とする。

本発明のハイブリッド車両の制御装置は、前記挙動安定制御を実行する際に、前記モータ制御手段は前記電動モータのモータトルクをゼロに固定することを特徴とする。

本発明のハイブリッド車両の制御装置は、前記挙動安定制御とは、制動時に車輪のスリップを抑制するアンチロックブレーキ制御、加速時に車輪のスリップを抑制するトラクション制御、旋回時に車輪のスリップを抑制するビークルダイナミックス制御のうち、少なくともいずれか１つであることを特徴とする。

本発明によれば、挙動安定制御を実行する際には、電動モータから出力されるモータトルクを所定値に固定するようにしたので、エンジンのみを制御することによって車輪に対する駆動トルクを制御することが可能となる。これにより、挙動安定制御の簡素化を図ることができ、ハイブリッド車両の低コスト化を図ることが可能となる。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。図１はハイブリッド車両に搭載されるパワーユニット１０を示すスケルトン図である。図１に示すように、パワーユニット１０には、駆動源としてのエンジン１１とモータジェネレータ(電動モータ)１２とが設けられており、モータジェネレータ１２の後方側にはトランスミッション１３が設けられている。エンジン１１やモータジェネレータ１２から出力される動力は、ミッションケース１４内に組み込まれる変速機構１５を介して変速された後に、複数のデファレンシャル機構１６，１７を介して各車輪に分配される。なお、図示するパワーユニット１０はパラレル方式のパワーユニットであり、走行用の主要な駆動源としてエンジン１１が駆動される一方、発進時や加速時には補助的な駆動源としてモータジェネレータ１２が駆動される。また、減速時や定常走行時にはモータジェネレータ１２を発電駆動させることにより、減速エネルギや余剰動力を電気エネルギに変換して回収することが可能となる。

エンジン１１の後方側に設けられるモータジェネレータ１２は、モータケース２０に固定されるステータ２１と、エンジン１１のクランク軸２２に連結されるロータ２３とを備えており、ロータ２３はドライブプレート２４を介してトルクコンバータ２５に連結されている。トルクコンバータ２５は、コンバータケース２６に固定されるポンプインペラ２７と、このポンプインペラ２７に対向するタービンランナ２８とを備えており、トルクコンバータ２５内の作動油を介してポンプインペラ２７からタービンランナ２８に動力が伝達されるようになっている。さらに、トルクコンバータ２５にはロックアップクラッチ２９が組み込まれており、定常走行時にはロックアップクラッチ２９を締結して動力伝達効率を向上させることが可能である。

また、トルクコンバータ２５には、遊星歯車列、クラッチ、ブレーキ等を備える変速機構１５が変速入力軸３０を介して接続されている。この変速機構１５内のクラッチやブレーキを選択的に締結することにより、変速機構１５内の動力伝達経路を切り換えて変速することが可能となる。さらに、変速出力軸３１と後輪出力軸３２との間には、前後輪に駆動トルクを分配する複合遊星歯車式のセンタデファレンシャル機構１６が装着されており、このセンタデファレンシャル機構１６を介して前輪出力軸３３と後輪出力軸３２とに動力が分配されている。なお、センタデファレンシャル機構１６には差動制限クラッチ３４が組み込まれており、この差動制限クラッチ３４を締結することによって前後輪のトルク分配比を５０：５０に固定することが可能となる。

図２はハイブリッド車両の動力伝達系とブレーキ系とを示す概略図である。なお、図１に示す部材と同一の部材については、同一の符号を付してその説明を省略する。図２に示すように、エンジン１１から出力されるエンジン動力やモータジェネレータ１２から出力されるモータ動力は、トランスミッション１３を介して前輪駆動軸３５や後輪駆動軸３６に伝達されるようになっている。このように駆動源として機能するエンジン１１やモータジェネレータ１２を制御するため、ハイブリッド車両にはエンジン制御ユニット４０およびハイブリッド制御ユニット４１が設けられている。

エンジン制御ユニット４０は、図示しないスロットルバルブ、インジェクタ、イグナイタ等に対して制御信号を出力することにより、エンジン１１のエンジン回転数やエンジントルクを制御している。また、ハイブリッド制御ユニット４１は、インバータ４２に対して制御信号を出力することにより、高電圧バッテリ４３からの直流電流を交流電流に変換するとともに交流電流の電流値や周波数を制御し、交流同期型モータであるモータジェネレータ１２のモータ回転数やモータトルクを制御している。また、高電圧バッテリ４３にはバッテリ制御ユニット４４が接続されており、バッテリ制御ユニット４４によって高電圧バッテリ４３の充放電量が制御されている。

これらの制御ユニット４０，４１，４４は、制御信号等を演算するＣＰＵを備えるとともに、制御プログラム、演算式、マップデータ等を格納するＲＯＭや、一時的にデータを格納するＲＡＭを備えている。また、制御ユニット４０，４１，４４は通信ネットワークを介して相互に接続されており、制御ユニット４０，４１，４４間において各種情報を共有することが可能となっている。さらに、ハイブリッド制御ユニット４１には、セレクトレバーの操作レンジを検出する図示しないインヒビタスイッチ、アクセルペダルの踏み込み状況を検出する図示しないアクセルセンサ、ブレーキペダル４５の踏み込み状況を検出するブレーキスイッチ４６等が接続されている。そして、ハイブリッド制御ユニット４１は、制御ユニット４０，４４や各種センサから入力される情報に基づき車両状態を判定するとともに、インバータ４２、エンジン制御ユニット４０、バッテリ制御ユニット４４に対して制御信号を出力し、エンジン１１、モータジェネレータ１２、高電圧バッテリ４３等を互いに協調させながら制御することになる。

次いで、各車輪の制動力を制御するブレーキ系について説明する。図２に示すように、車輪を駆動する前輪駆動軸３５や後輪駆動軸３６にはブレーキロータ５０ａ〜５０ｄが連結されており、これら各ブレーキロータ５０ａ〜５０ｄを挟むようにキャリパ５１ａ〜５１ｄが設けられている。各キャリパ５１ａ〜５１ｄには液圧配管５２ａ〜５２ｄおよびバルブユニット５３を介してマスタシリンダ５４が接続されており、ブレーキペダル４５の踏み込みによってマスタシリンダ５４から出力されるブレーキ液圧は、バルブユニット５３から液圧配管５２ａ〜５２ｄを介して各キャリパ５１ａ〜５１ｄに供給される。キャリパ５１ａ〜５１ｄに対するブレーキ液圧の供給により、キャリパ５１ａ〜５１ｄは摩擦パッドをブレーキロータ５０ａ〜５０ｄに押し付け、ブレーキ液圧に応じた制動力によって各車輪を制動することになる。

また、ブレーキ液圧を案内するバルブユニット５３には、後述するスリップ制御ユニット５５によって駆動制御される電磁弁やポンプが組み込まれており、ブレーキペダル４５を踏み込む際の踏力だけでなく、スリップ制御ユニット５５からの制御信号によってもブレーキ液圧を制御することが可能となっている。たとえば、車輪にスリップが生じてしまう走行状況においては、スリップ制御ユニット５５からバルブユニット５３に制御信号が出力され、バルブユニット５３によってブレーキ液圧が制御されるようになっている。このように、走行状況に応じてブレーキ液圧を調整して各車輪の制動力を制御することにより、最適なグリップ力やトラクションを確保したり車両に作用するヨーモーメントを打ち消したりすることができ、車両の挙動を安定させることが可能となる。

続いて、走行状況に応じてパワーユニット１０のトルク制御や各車輪のブレーキ制御を実行することにより、車輪のスリップを抑制して車両挙動を安定させる挙動安定制御について説明する。この挙動安定制御としては、制動時に実行されるアンチロックブレーキ制御、加速時に実行されるトラクション制御、旋回時に実行されるビークルダイナミックス制御がある。アンチロックブレーキ制御とは、車両制動時における車輪のスリップ率が所定の閾値を超えたときに、パワーユニット１０から出力される駆動トルクを制御したり、ブレーキ液圧を調圧して各車輪の制動力を制御したりすることにより、最適なグリップ力を確保して車両の挙動を安定させる制御である。また、トラクション制御とは、発進加速時における車輪のスリップ率が所定の閾値を超えたときに、パワーユニット１０から出力される駆動トルクを制御したり、ブレーキ液圧を調圧して各車輪の制動力を制御したりすることにより、最適なトラクションを確保して車両の挙動を安定させる制御である。さらに、ビークルダイナミックス制御とは、車両のアンダーステア状態やオーバーステア状態に基づいて、パワーユニット１０から出力される駆動トルクを制御したり、ブレーキ液圧を調圧して各車輪の制動力を制御したりすることにより、車両に作用するヨーモーメントを打ち消して車両の挙動を安定させる制御である。

ハイブリッド車両には、各種挙動安定制御を実行するため、スリップ判定手段、安定制御手段、モータ制御手段として機能するスリップ制御ユニット５５が設けられている。このスリップ制御ユニット５５は、前述した各制御ユニット４０，４１，４４と同様に、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等によって構成されており、各制御ユニット４０，４１，４４と通信ネットワークを介して相互に接続されている。また、各種挙動安定制御を実行するか否かを判定するため、スリップ制御ユニット５５には車両の走行状況を検出するための各種センサが接続されている。スリップ制御ユニット５５に接続される各種センサとしては、前述したブレーキスイッチ４６に加えて、各車輪の回転速度を検出する車輪速度センサ５６ａ〜５６ｄ、車両に作用するヨーレートを検出するヨーレートセンサ５７、車両の幅方向に作用する加速度を検出する横Ｇセンサ５８、車両の前後方向に作用する加速度を検出する前後Ｇセンサ５９、運転手によるステアリングの操作角度を検出する舵角センサ６０、マスタシリンダ５４から出力されるブレーキ液圧を検出する圧力センサ６１等が設けられている。

たとえば、スリップ制御ユニット５５は、アンチロックブレーキ制御やトラクション制御を実行する際に、車輪速度センサ５６ａ〜５６ｄからの回転速度や、前後Ｇセンサ５９からの加速度に基づく車両速度の加減速率から、車輪がスリップ状態となるシミュレーション車速値を算出する。そして、シミュレーション車速値と車輪の回転速度とに基づき、各車輪が所定のスリップ状態であると判定された場合には、バルブユニット５３に制御信号を出力して各車輪のスリップ状態を抑制することになる。また、スリップ制御ユニット５５は、ビークルダイナミックス制御を実行する際に、舵角センサ６０、圧力センサ６１、エンジン制御ユニット４０等からの各種情報に基づき、運転手の意図を判断して車両の目標挙動を設定する。続いて、スリップ制御ユニット５５は、車輪速度センサ５６ａ〜５６ｄ、ヨーレートセンサ５７、横Ｇセンサ５８等からの各種情報に基づき実際の車両挙動を判断する。次いで、実際の車両挙動と目標挙動とを比較判定し、車輪のスリップ状態の程度(オーバーステア状態やアンダーステア状態の程度)を判断する。そして、車両状態を目標挙動に収束させて車輪のスリップ状態を抑制するように、スリップ制御ユニット５５はバルブユニット５３に制御信号を出力して各車輪の制動力を制御することになる。

ところで、スリップ制御ユニット５５によって、アンチロックブレーキ制御、トラクション制御、ビークルダイナミックス制御を実行し、車両の挙動を安定させるためには、ブレーキ液圧を調圧して各車輪の制動トルクを制御するだけでなく、パワーユニット１０から各車輪に伝達される駆動トルクを制御することが重要となっている。しかしながら、ハイブリッド車両に搭載されるパワーユニット１０には、駆動源としてエンジン１１およびモータジェネレータ１２が組み込まれており、パワーユニット１０からの駆動トルクを制御するためには、エンジン１１とモータジェネレータ１２との双方を制御する必要があるため、挙動安定制御の複雑化を招く要因となっていた。そこで、本発明の制御装置は、挙動安定制御を実行する際に、以下の手順に沿ってモータジェネレータ１２の駆動状態を制御するようにしている。

以下、挙動安定制御を実行する際のモータトルク制御について説明する。図３はモータトルク制御の実行手順を示すフローチャートである。図３に示すように、まずステップＳ１では、車輪速度センサ５６ａ〜５６ｄ等からの情報に基づいて、各車輪に所定のスリップ状態が生じているか否かが判定される。各車輪に所定のスリップ状態が生じていないと判定された場合、つまり車両の挙動が安定している走行状況であると判定された場合には、挙動安定制御が実行されることはないため、ステップＳ２に進み、走行状況に応じたモータジェネレータ１２の通常制御が実行される。一方、ステップＳ１において、各車輪に所定のスリップ状態が生じていると判定された場合、つまり車両の挙動が乱れ得る走行状況であると判定された場合には、ステップＳ３に進み、アンチロックブレーキ制御(ＡＢＳ)またはトラクション制御(ＴＣＳ)が実行されているか否かが判定される。そして、ステップＳ３において、アンチロックブレーキ制御またはトラクション制御が実行されていると判定された場合には、車両状態に応じてパワーユニット１０から出力される駆動トルクを制御する必要があるため、ステップＳ４に進み、モータジェネレータ１２から出力されるモータトルクが所定値であるゼロに制御されることになる(ゼロトルク制御)。

また、ステップＳ３において、アンチロックブレーキ制御またはトラクション制御が実行されていないと判定された場合、つまりビークルダイナミックス制御が実行されている場合には、ステップＳ５に進み、ブレーキペダル４５が踏み込まれているか否かが判定される。ステップＳ５において、ブレーキペダル４５が踏み込まれていると判定された場合、つまりアクセルペダルが踏み込まれていない場合には、パワーユニット１０に対する駆動トルクの引き下げが要求されないため、ステップＳ２に進み、モータジェネレータ１２の通常制御が実行される。一方、ステップＳ５において、ブレーキペダル４５が踏み込まれていないと判定された場合、つまりアクセルペダルが踏み込まれ得る場合には、ステップＳ６に進み、パワーユニット１０に対するトルクダウン要求の有無が判定される。そして、ステップＳ６において、トルクダウン要求が無いと判定された場合には、ステップＳ２に進み、モータジェネレータ１２の通常制御が実行される一方、トルクダウン要求が有ると判定された場合には、ステップＳ４に進み、モータジェネレータ１２のゼロトルク制御が実行されることになる。

このように、挙動安定制御に伴ってパワーユニット１０からの駆動トルクを制御する場合には、モータジェネレータ１２からのモータトルクをゼロに制御するようにしたので、エンジン１１のみを制御することによってパワーユニット１０からの駆動トルクを制御することが可能となる。これにより、挙動安定制御の簡素化を達成することができるだけでなく、従来の挙動安定制御に用いられていた制御プログラムやトルクマップを流用することが可能となるため、挙動安定制御を備えたハイブリッド車両の低コスト化を達成することが可能となる。

本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。たとえば、図示する場合には、パラレル方式のハイブリッド車両に対して本発明のハイブリッド車両の制御装置を適用しているが、これに限られることはなく、シリーズ・パラレル方式のハイブリッド車両に対して本発明の制御装置を適用しても良い。また、前述の説明では、挙動安定制御に伴ってパワーユニット１０からの駆動トルクを制御する場合に、モータトルクをゼロに固定するように制御しているが、モータトルクをゼロ以外の所定値に固定するように制御しても良い。

また、挙動安定制御として、アンチロックブレーキ制御、トラクション制御、ビークルダイナミックス制御を挙げて説明したが、これらの制御に限られることはなく、パワーユニット１０のトルクダウン制御を伴う他の挙動安定制御を実行する場合であっても、本発明の制御装置を有効に適用することが可能である。なお、前述の説明では、パワーユニット１０からの駆動トルクを制御したり、各車輪の制動力を制御したりすることにより、挙動安定制御を実行するようにしているが、更にセンタデファレンシャル機構１６を制御して前後輪のトルク分配比を変化させるようにしても良い。

さらに、図示するパワーユニット１０にあっては、前輪と後輪との双方を駆動する全輪駆動用のパワーユニットであるが、前輪または後輪を駆動する２輪駆動用のパワーユニットを備えるハイブリッド車両であっても、本発明の制御装置を有効に適用することが可能である。なお、モータジェネレータ１２に電力を供給する高電圧バッテリ４３としては、リチウムイオンバッテリを搭載しても良く、他の形式のバッテリやキャパシタを搭載しても良い。

ハイブリッド車両に搭載されるパワーユニットを示すスケルトン図である。ハイブリッド車両の動力伝達系とブレーキ系とを示す概略図である。モータトルク制御の実行手順を示すフローチャートである。

符号の説明

１１エンジン
１２モータジェネレータ(電動モータ)
５５スリップ制御ユニット(スリップ判定手段，安定制御手段，モータ制御手段)

Claims

エンジンと、前記エンジンに連結される電動モータと、前記エンジンおよび前記電動モータに駆動される車輪とを備えるハイブリッド車両の制御装置であって、
前記車輪の回転速度に基づいて、前記車輪のスリップ状態を判定するスリップ判定手段と、
前記車輪のスリップ状態に基づいて、車両の挙動安定制御を実行するか否かを判定する安定制御手段と、
前記挙動安定制御を実行する際に、前記電動モータから出力されるモータトルクを所定値に固定するモータ制御手段とを有することを特徴とするハイブリッド車両の制御装置。
請求項１記載のハイブリッド車両の制御装置において、
前記挙動安定制御を実行する際に、前記モータ制御手段は前記電動モータのモータトルクをゼロに固定することを特徴とするハイブリッド車両の制御装置。
請求項１または２記載のハイブリッド車両の制御装置において、
前記挙動安定制御とは、制動時に車輪のスリップを抑制するアンチロックブレーキ制御、加速時に車輪のスリップを抑制するトラクション制御、旋回時に車輪のスリップを抑制するビークルダイナミックス制御のうち、少なくともいずれか１つであることを特徴とするハイブリッド車両の制御装置。