JP2008120197A - 車両の駆動源制御装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】 車両走行中に運動エネルギーを利用してエンジンをクランキング始動させてエンジン走行に切り替える際のショックを抑制する。
【解決手段】 車両の駆動源制御装置は、車両の運動エネルギーを用いたクランキングにより、停止状態のエンジンを起動させるエンジン起動手段と、前記エンジンのクランキング時に、車輪にもたらされるトルク変動を推定するトルク変動推定手段と、前記推定したトルク変動を相殺するよう前記モータへの指示トルクを加減するトルク変動相殺手段と、を備える。車両の駆動源制御装置は、クランキング中に運動エネルギーがエンジンに伝達されることによるトルク変動と逆位相のトルクをモータに出力させ、合算トルクを一定化する。
【選択図】 図４

Description

本発明は、車両の駆動源制御装置に関し、特に、駆動源としてエンジンの他にモータを備える車両の駆動源制御装置に関する。
特許文献１に、惰力走行している車両の運動エネルギーを内燃機関に伝達し、内燃機関をクランキング（押しがけ起動）することのできる自動トランスミッションが開示されている。また、特許文献２には、上記車両の運動エネルギーを内燃機関に伝達した際の車速低下によって感ぜられるショックを抑制するために、回転装置（モータジェネレータ）にアシスト駆動力を出力させ、運動エネルギーの損失による車速の低下を抑制することが提案されている。
実開昭６４−５３６５９号公報 特開２００４−１９０４９８号公報
しかしながら、車両走行中に運動エネルギーを利用してエンジンをクランキング始動させた場合、図５に示すように、クランキングをしている間は、運動エネルギーの損失があり、エンジンが自律回転を始めてくるとエンジン出力トルクが加わるため、特許文献２のように単にモータアシストを加えるだけでは、トルクショックを吸収できないという問題点がある。
更に、クランキング時のエンジンを回転させる負荷も一定ではなく図５のように、エンジンの回転数上昇分と、ピストンの圧縮・膨張分とで変動するため、結果として車輪に周期的な負荷が掛かってしまうという問題点がある。
本発明は、上記した事情に鑑みてなされたものであって、車両走行中に運動エネルギーを利用してエンジンをクランキング始動させてエンジン走行に切り替える際のショックを抑制できる車両の駆動源制御装置を提供することにある。
本発明の第１の視点によれば、車両を駆動するモータと、車両の走行状態により停止制御されるエンジンと、をそれぞれ制御する車両の駆動源制御装置であって、車両の運動エネルギーを用いたクランキングにより、停止状態のエンジンを起動させるエンジン起動手段と、前記エンジンのクランキング時に、車輪にもたらされるトルク変動を推定するトルク変動推定手段と、前記推定したトルク変動を相殺するよう前記モータへの指示トルクを加減するトルク変動相殺手段と、を備えたこと、を特徴とする車両の駆動源制御装置が提供される。
また、本発明の第２の視点によれば、上記車両の駆動源制御装置において、エンジンのクランキングに要するトルク損失と、エンジン起動後の発生トルクの双方を推定・相殺すること、を特徴とする車両の駆動源制御装置が提供される。
また、本発明の第３の視点によれば、上記車両の駆動源制御装置において、エンジンの回転周期と、エンジンピストンの上死点とに基づいて、トルク変動パターンを推定すること、を特徴とする車両の駆動源制御装置が提供される。
本発明によれば、モータ走行状態においてショックを発生させることなくエンジンを起動し、スムースにエンジン走行へ移行することが可能となる。
続いて、本発明を実施するための最良の形態について図面を参照して詳細に説明する。図１は、本発明を適用可能なハイブリッド車両の構成を示したブロック図である。まず始めに、図１を参照すると、内燃機関に代表されるエンジン（以下、「ＥＮＧ」ともいう）１１と、バッテリ１９に蓄積された電気で駆動されるＭＧ１２との２種類の原動機とが並列に配置され、車輪を駆動できるような構成となっている。
エンジン１１の出力は、変速機１３に伝達され、次いで、出力部である差動装置（ディファレンシャル）１４を経由してアクスルシャフト１５、１５’及び駆動輪１６、１６’に伝達され、車両を駆動する。ＭＧ１２の出力も同様に差動装置（ディファレンシャル）１４を経由して車両を駆動可能になっている。
また、図１のハイブリッド車両は、車両全体の制御を掌るＨＶ−ＥＣＵ２１（Ｈｙｂｒｉｄ Ｖｅｈｉｃｌｅ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）、ＭＧ１２に駆動又は回生を指令するＭＧ−ＥＣＵ及びインバータ２２、エンジン１１の停止及び燃焼状態を制御するＥＧ−ＥＣＵ２３、変速機１３に組み込まれたクラッチアクチュエータ１７、変速アクチュエータ１８をコントロールし最適な変速を行なわしめるＡＭＴ−ＥＣＵ２４、バッテリ１９の充電状態を管理する電池ＥＣＵ２５とを備えている。
ＨＶ−ＥＣＵ２１は、エンジン起動手段、トルク変動推定手段、トルク変動相殺手段として機能し、ドライバーの走行意志を受けてＭＧ−ＥＣＵ及びインバータ２２、ＥＧ−ＥＣＵ２３、電池ＥＣＵ２５を制御・管理する。また、ＥＧ−ＥＣＵ２３は、ＡＭＴ−ＥＣＵ２４と連携して最良の燃焼状態を生み出すとともに、スタータ２０あるいは車両の運動エネルギーによる押しがけエンジン始動時の燃料制御を行なう。また、運転席には、車両の速度を表示するインジケータ２６が設けられている。
図２は、ハイブリッド車両の駆動機構の概略構成（４速状態）を表したスケルトン図である。まず、変速機１３側の構成について説明すると、エンジン１１の出力軸３１端部には、フライホイール３２が固定されており、フライホイール３２にはクラッチ要素３３が取り付けられ、クラッチアクチュエータ１７によって係脱可能になっている。クラッチの被動部材はスプライン等によって回転方向に対して、変速機１３の入力軸３４に一体的に取り付けられている。入力軸３４には、クラッチ側から順に１ｓｔ３５、Ｒｅｖ３６、２ｎｄ３７の駆動ギヤが一体的に構成され、さらに３ｒｄ３８、４ｔｈ３９、５ｔｈ４０、６ｔｈ４１の駆動ギヤが回転自在に装着されている。また、入力軸３４と平行に、変速機１３の出力軸４２が設けられ、前記各ギヤと噛み合う位置に、１ｓｔ４３、２ｎｄ４４被駆動ギヤが回転自在に、３ｒｄ４５、４ｔｈ４６、５ｔｈ４７、６ｔｈ４８の各被駆動ギヤが一体的に装着されている。そして、変速機１３の出力軸４２のクラッチ側の端部には、差動装置（ディファレンシャル）１４のリングギヤ７０と噛合する駆動ギヤ４９が一体的に装着されている。更に、変速機１３側には、変速機１３の入力軸３４と平行な軸５０が設けられ、Ｒｅｖアイドラギヤ５１が回転自在に装着されている。Ｒｅｖアイドラギヤ５１は軸方向にも移動可能で、クラッチ側の位置（太実線）ではＲｅｖ駆動ギヤ３６とは噛み合わないが、６ｔｈ駆動ギヤ４１側の位置（細線）ではＲｅｖ駆動ギヤ３６と噛み合い可能となっている。
変速機１３の入力軸３４及び出力軸４２の各駆動ギヤ、被駆動ギヤの間には、各軸と固定的に回転するハブ部材５２、５３、５４が設けられている。夫々のハブ部材には外周にスプライン等の係合手段があり、更に外周に設けられるスリーブ部材５５、５６、５７と噛み合い、該スリーブは変速アクチュエータ１８により軸方向（図左右）に動かされることによって、左側のギヤ、右側のギヤに構成されたスプラインと噛み合い動力伝達可能な状態と、いずれのギヤとも噛み合わない中立状態になる。図２では、スリーブ部材５６が左動し４速状態となっている。また、出力軸４２の１ｓｔ４３、２ｎｄ４４の間にあるスリーブ部材５５には更に外周部に延びた部分にギヤ５８が設けられ、ギヤ５８はＲｅｖアイドラギヤ５１がＲｅｖ駆動ギヤ３６と噛み合った状態でＲｅｖアイドラギヤ５１と噛み合い、中立状態とＲｅｖ駆動状態の２つの状態を構成する。
上記のとおり、エンジン１１の駆動力は、クラッチアクチュエータ１７によってクラッチが係合状態となり、変速アクチュエータ１８によって選択された変速比に従って出力軸４２端の第１の駆動ギヤ４９に伝達される。
一方、ＭＧ１２で出力される駆動力は、ＭＧ出力軸６０端に一体的に設けられた原動ギヤ６１に伝達される。ＭＧ出力軸６０と平行に配設された中間減速軸６２には、原動ギヤ６１と噛み合う被駆動ギヤ６３と、差動装置（ディファレンシャル）１４のリングギヤ７０と噛合する第２の駆動ギヤ６４と、が設けられ、ＭＧ１２の駆動力は、所定の減速比にて、第２の駆動ギヤ６４に伝達される。
上記構成により、ＨＶ−ＥＣＵ２１（Ｈｙｂｒｉｄ Ｖｅｈｉｃｌｅ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）によって、エンジン１１並びにＭＧ１２の出力は、リングギヤ７０に伝達され、差動装置（ディファレンシャル）１４を介して、必要に応じて回転数の差を吸収した上で、アクスルシャフト１５、１５’及び駆動輪１６、１６’が駆動される。
また、ＭＧ１２は電力を受け取って駆動力に変換する力行状態と、駆動力を電力に変換する回生状態の両機能を有し、三相の電力によってステータ部材６６で発生させた磁力がロータ部の鉄部分を通過して帰るのに最適な位置で多くの電流を流すことによって、駆動力の発生や回転方向の制御も含めて効率的な変換ができるように制御される。
ＭＧ１２の出力軸６０の反対側には、回転検出装置として、レゾルバ６５が取り付けられている。レゾルバ６５は、ＭＧ１２のコイルの巻かれたステータ部材６６と、ＭＧ出力軸６０と一体的に回転するロータ部材６７との間の相対角度を検出し、レゾルバ信号として利用可能である。例えば、レゾルバ信号を、ＭＧ１２の極数に依存した数値及びＭＧ１２側のギヤ比で換算することによって、車両の速度として用いることが可能である。
続いて、上記構成よりなるハイブリッド車両における駆動源の制御について図面を参照して詳細に説明する。図３は、上記ＨＶ−ＥＣＵ２１において所定時間毎に行われる処理を表したフローチャートである。
図３を参照すると、まず、ＨＶ−ＥＣＵ２１は、車速がエンジン起動可能速度以上であるか否かを確認する（ステップＳ００１）。ここで、車速がエンジン起動可能速度未満である場合は、エンジンのクランキング始動は行わない（ステップＳ００１のＮＯ）。
一方、車速がエンジン起動可能速度以上である場合、ＨＶ−ＥＣＵ２１は、更に、エンジンの起動要求有無を確認する（ステップＳ００２）。ここで、初期走行時やエコラン（エコノミー＆エコロジーランニング）といったエンジン停止かつモータによる走行をしている場合に、エンジンの起動要求条件が成立した場合は、下記ステップＳ００３以降の処理が行われる。一方、既にエンジン走行中である等、エンジンの起動要求が無い場合は、当然にエンジンのクランキング始動は行わない（ステップＳ００２のＮＯ）。
車速がエンジン起動可能速度以上かつエンジンの起動要求ありの状態で、クランキング始動の条件が成立すると、ＨＶ−ＥＣＵ２１は、エンジン温度（水温）、アクセル開度をパラメータとし、クラッチ係合時に必要なトルクを定めたマップ等を参照して、現在のエンジン温度（水温）及びアクセル開度に対応するクラッチ係合速度を決定する（ステップＳ００３）。このとき併せて、ＨＶ−ＥＣＵ２１は、現在車速等に基づいて、クランキング始動に使用可能なギヤ段の中から最適なギヤ段を選択する。
なお、アクセル開度が所定の高開度領域（例：７０％〜）にある場合は、急発進とみなしＭＧ１２に必要なトルク指令を与えるとともに、クラッチを高速で係合させ、車速がエンジン起動可能速度に急速に達するよう設定されたマップを用いることができる。この場合も、後記するようにＭＧ１２に与えるトルク値を積み増しすることでショックを軽減することができる。
ＨＶ−ＥＣＵ２１は、前記決定したクラッチ係合速度及びギヤ段にてクラッチの係合制御を開始し、エンジンへの車両運動エネルギーの伝達を開始する（ステップＳ００４）。
続いて、ＨＶ−ＥＣＵ２１は、エンジン始動時のトルク変動を推定すべく、エンジンクランク角センサの出力信号値からエンジン回転周期の割り出し（ステップＳ００５）と、エンジンピストン上死点の推定（ステップＳ００６）を実行する。
続いて、ＨＶ−ＥＣＵ２１は、上記推定したエンジン回転周期及びエンジンピストン上死点と同期するよう、予め計測されたエンジンクランキング始動時のトルク変動パターンを補正して、クラッチを繋いだことより車輪に掛かるトルクを相殺する逆位相の信号値を演算する（ステップＳ００７）。なお、クランキング中は、エンジンに負荷が発生するため、上記逆位相の信号値は正の値となり、エンジンの始動完了後は、エンジントルクが追加されるため、上記逆位相の信号値は負の値となる。
また、暖機運転後のクランキングと比較して、エンジン水温が低い場合のクランキング時の負荷は大きいため、ＨＶ−ＥＣＵ２１に、エンジン水温に応じて前記逆位相の信号値の変動幅の補正を行わせることとしてもよい。
続いて、ＨＶ−ＥＣＵ２１は、前記逆位相の信号値からトルク変動の相殺に必要な相殺トルク値を算出する（ステップＳ００８）。
最終的に、ＨＶ−ＥＣＵ２１は、上記相殺トルク値と、車両走行のための車両走行トルクとを合算した値をモータ指示トルクとしてＭＧ１２に指示する（ステップＳ００９）。
図４は、本発明を適用した車両において、車両停止状態から発進した際の車両の挙動の例である。アクセル開度０％、車速０の停止状態からアクセルを踏込むと、ＭＧトルクが立ち上がり車両はＭＧ走行状態に遷移する。このとき、クラッチは断状態であるため、エンジン（ＥＮＧ）が車輪に掛けるトルクは０である。
その後、車速がエンジン起動可能車速に達すると、図３のステップＳ００３以降に示したエンジン起動制御が開始され、車両の状態及びドライバの走行意思に適った変速段及びクラッチ係合速度（勾配）にてクラッチ係合制御が実行される。
クラッチを介して車両の運動エネルギーがエンジン側に伝達され始めると、エンジン回転数が上昇するとともに、運動エネルギーの損失が発生する。
その一方で、ＭＧ１２が、上記運動エネルギーの損失を補償する相殺トルクを出力するため、結果として、車輪に掛かるトルクの変動は抑制される（図４の「合算した車輪に掛かるトルク」線参照）。
その後、エンジン始動が完了し、エンジン出力トルクが車輪に伝達されるようになると、ＭＧ１２のトルクは急減し、エンジン走行への切替が行われる。
なお、図４の例では、エンジン始動完了直前から一定期間、ＭＧ１２に対して負のトルク値（回生制御）が与えられている。これは、エンジン出力トルクとＭＧ出力トルクの合算トルクが目標をオーバーシュートすることによるショックを回避するためである。
以上のように、エコラン中に、運動エネルギーを用いてエンジンをクランキング始動させる際のトルク変動が抑制される。
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明の技術的範囲は、上述した実施の形態の記載に限定されるものではなく、適用される車両の仕様等に応じて、各種の変形を加えることが可能である。
例えば、上記した実施形態では、車速がエンジン起動可能速度を超えた場合に、エンジンのクランキングを開始するものとして説明したが、エンジン停止状態において、アクセル開度が増加、アクセル開度増加量が一定以上となった場合に、エンジンのクランキングを開始するようにしてもよい。
また、上記した実施形態では、エンジンクランク角センサの値から割り出したエンジンの回転周期と、エンジンピストンの上死点とに基づいて、予め用意したトルク変動パターンを補正して車輪にもたらされるトルクを推定するものとして説明したが、クランキング時のクラッチ係合速度や使用変速段をパラメータとして車輪にもたらされるトルクを推定する方法も採用可能である。
本発明を適用可能なハイブリッド車両の構成を示したブロック図である。 本発明の一実施形態に係る車両の駆動機構の概略構成（４速状態）を表したスケルトン図である。 本発明の一実施形態に係る車両の駆動源制御措置（ＨＶ−ＥＣＵ）において所定時間毎に行われる処理を表したフローチャートである。 本発明を適用した車両において、車両停止状態から発進した際の車両の挙動の例である。 従来の車両において、車両停止状態から発進した際の車両の挙動を説明するための図である。
符号の説明
１１ エンジン（ＥＮＧ）
１２ モータジェネレータ（ＭＧ）
１３ 変速機
１４ 差動装置（ディファレンシャル）
１５、１５’ アクスルシャフト
１６、１６’ 駆動輪
１７ クラッチアクチュエータ
１８ 変速アクチュエータ
１９ バッテリ
２０ スタータ
２１ ＨＶ−ＥＣＵ（車両の駆動源制御装置）
２２ ＭＧ−ＥＣＵ及びインバータ
２３ ＥＧ−ＥＣＵ
２４ ＡＭＴ−ＥＣＵ
２５ 電池ＥＣＵ
２６ インジケータ
３１ 出力軸
３２ フライホイール
３３ クラッチ要素
３４ 変速機入力軸
３５〜４１、４９ 駆動ギヤ
４２ 変速機出力軸
４３〜４８ 被駆動ギヤ
５０ Ｒｅｖアイドラギヤ軸
５１ Ｒｅｖアイドラギヤ
５２〜５４ ハブ部材
５５〜５７ スリーブ部材
５８ ギヤ
６０ ＭＧ出力軸
６１ 原動ギヤ
６２ 中間減速軸
６３ 被駆動ギヤ
６４ 第２駆動ギヤ
６５ レゾルバ
６６ ステータ部材
６７ ロータ部材
７０ リングギヤ

Claims (8)

  1. 車両を駆動するモータと、車両の走行状態により停止制御されるエンジンと、をそれぞれ制御する車両の駆動源制御装置であって、
    車両の運動エネルギーを用いたクランキングにより、停止状態のエンジンを起動させるエンジン起動手段と、
    前記エンジンのクランキング時に、車輪にもたらされるトルクを推定するトルク変動推定手段と、
    前記推定したトルクを相殺するよう前記モータへの指示トルクを加減するトルク変動相殺手段と、を備えたこと、
    を特徴とする車両の駆動源制御装置。
  2. 前記トルク変動推定手段は、前記エンジンのクランキングによるトルク損失と、エンジン起動後の発生トルクの双方を推定すること、
    を特徴とする請求項１に記載の車両の駆動源制御装置。
  3. 前記エンジン起動手段は、アクセル開度に基づいて、前記エンジンのクランキングに使用する変速段を決定すること、
    を特徴とする請求項１又は２に記載の車両の駆動源制御装置。
  4. 前記エンジン起動手段は、アクセル開度の変化量に基づいて、前記エンジンのクランキングに使用する変速段を決定すること、
    を特徴とする請求項１又は２に記載の車両の駆動源制御装置。
  5. 前記エンジン起動手段は、アクセル開度に基づいて、前記エンジンのクランキングの際のクラッチの係合速度を決定すること、
    を特徴とする請求項１又は２に記載の車両の駆動源制御装置。
  6. 前記エンジン起動手段は、アクセル開度の変化量に基づいて、前記エンジンのクランキングの際のクラッチの係合速度を決定すること、
    を特徴とする請求項１又は２に記載の車両の駆動源制御装置。
  7. 前記トルク変動推定手段は、エンジンクランク角センサの値から割り出したエンジンの回転周期と、エンジンピストンの上死点とに基づいたトルク変動パターンにより前記車輪にもたらされるトルクを推定すること、
    を特徴とする請求項１乃至６いずれか一に記載の車両の駆動源制御装置。
  8. 前記トルク変動相殺手段は、エンジン水温に基づいて、前記モータへの指示トルクの加減量を変更すること、
    を特徴とする請求項１乃至７いずれか一に記載の車両の駆動源制御装置。
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