JP2009255873A - ハイブリッド車両の制御装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】モータアシスト変速の実現と、変速中協調回生と、変速時の飛び出し感の防止を両立することが出来るハイブリッド車両の制御装置を提供する。
【解決手段】エンジンと、モータジェネレータ（以下、ＭＧとも記載する）と、変速機とを、駆動結合してなるハイブリッド車両の制御装置であって、変速時にエンジンまたはＭＧのトルクによって次変速段相当の回転にする制御装置において、入力回転数の回転数フィードバック制御に使用可能とするＭＧトルクについて、コーストダウン変速時にはエンジントルクとＭＧトルクとの合算値に対して、変速機目標出力トルクと変速時の入力回転数の目標変化速度とから、制限を掛けるよう構成する。
【選択図】図７

Description

本発明は、エンジンと、モータジェネレータ（以下、ＭＧとも記載する）と、変速機とを、駆動結合してなるハイブリッド車両の制御装置であって、変速時にエンジンまたはＭＧのトルクによって次変速段相当の回転にする制御装置に関するものである。
トルク容量を連続的に変更可能な第１クラッチ（以下、ＣＬ１とも記載する）でエンジンとモータジェネレータとが断続可能に連結され、トルク容量を連続的に変更可能な第２クラッチ（以下、ＣＬ２とも記載する）でＭＧと出力軸とが連結され、ＣＬ１クラッチを切断し、ＣＬ２クラッチを接続して、ＭＧを動力源として走行するＥＶモードと、ＣＬ１クラッチとＣＬ２クラッチとを共に接続して、ＭＧとエンジンとを動力源として走行するＨＥＶモードとを切替えながら走行するハイブリッド車両が知られている（例えば、特許文献１参照）。
特開２００３−３２０８７１号公報
このような車両において、ＭＧと出力軸との間に有段変速機を用いている場合、有段変速機の変速時間の短縮と変速ショックの低減を狙い、ＭＧの回転数制御を利用して変速させる変速制御がある。このような変速制御において、ダウン変速時には入力回転数を上昇させるために、入力トルクを変速前の走行時のトルクに対して大きくする必要がある。しかしながら、例えばコーストダウン変速時に、以下に列挙するような問題があった。
（１）コーストダウン変速時に、変速に使用するクラッチが指令値以上のトルクで締結していたり、固着してしまっていた場合に、車両の飛び出し感につながる恐れがある。
（２）回生協調を実施中のコーストダウン変速時に、変速に使用するクラッチが指令値以上のトルクで締結していたり、固着してしまっていた場合に、目標コーストトルクを実現できなくなる。
（３）コーストダウン変速時に、入力トルクを変速前の走行時のトルクに対して適正に大きくしないと、変速の進行が遅くなって変速時間が延びたり、変速が進行しなくなる。
（４）コーストダウン変速時に、クラッチトルクやエンジントルクのばらつきを考慮してＭＧの回転数制御に使用できるトルクの範囲を決めないと、クラッチトルクやエンジントルクのばらつきがあった場合に変速時のフィーリングが変わってしまう。
本発明の目的は上述した問題点を解消して、モータアシスト変速の実現と、変速中協調回生と、変速時の飛び出し感の防止を両立することが出来るハイブリッド車両の制御装置を提供しようとするものである。
本発明のハイブリッド車両の制御装置は、エンジンと、モータジェネレータ（以下、ＭＧとも記載する）と、変速機とを、駆動結合してなるハイブリッド車両の制御装置であって、変速時にエンジンまたはＭＧのトルクによって次変速段相当の回転にする制御装置において、入力回転数の回転数フィードバック制御に使用可能とするＭＧトルクについて、コーストダウン変速時にはエンジントルクとＭＧトルクとの合算値に対して、変速機目標出力トルクと変速時の入力回転数の目標変化速度とから、制限を掛けるよう構成したことを特徴とするものである。
本発明では、入力回転数の回転数フィードバック制御に使用可能とするＭＧトルクについて、コーストダウン変速時にはエンジントルクとＭＧトルクとの合算値に対して、変速機目標出力トルクと変速時の入力回転数の目標変化速度とから、制限を掛けるよう構成したことで、モータアシスト変速の実現と、変速中協調回生と、変速時の飛び出し感の防止を両立することが出来るハイブリッド車両の制御装置を得ることができる。
以下、図面を参照して、本発明のハイブリッド車両の制御装置の実施態様を説明する。
＜本発明の制御装置の対象となるハイブリッド車両について＞
図１は本発明の制御装置の対象となるハイブリッド車両のパワートレイン系の構成を説明するための図である。図１に示す例において、エンジン１の出力軸とモータジェネレータ２の入力軸とが、トルク容量可変の第１クラッチ４を介して連結されている。また、ＭＧの出力軸と自動変速機３（以下、ＡＴとも記載する）入力軸とが連結され、ＡＴの出力軸にはディファレンシャルギア６を介してタイヤ７が連結されている。さらに、シフト状態に応じて異なるＡＴ内の動力伝達を担っているトルク容量可変のクラッチのうち１つを第２クラッチ５として用いている。これによりＡＴは、ＣＬ１を介して入力されるエンジン１の動力と、ＭＧから入力される動力とを合成してタイヤ７へ出力する。
ＣＬ１とＣＬ２とには、例えば、比例ソレノイドで油流量および油圧を断続的に制御できる湿式多板クラッチを用いればよい。このパワートレイン系には、ＣＬ１の接続状態に応じて２つの運転モードがあり、ＣＬ１切断状態では、ＭＧの動力のみで走行するＥＶモードであり、ＣＬ１接続状態では、エンジン１とＭＧの動力で走行するＨＥＶモードである。そして、エンジンの回転数を検出するエンジン回転センサ１０と、ＭＧの回転数を検出するＭＧ回転センサ１１と、ＡＴの入力軸回転数を検出するＡＴ入力回転センサ１２と、ＡＴの出力軸回転数を検出するＡＴ出力回転センサ１３とが設けられている。但し、ハイブリッド車両の構成は上記構成に限定されるものではなく、ＣＬ２として、変速機の入力軸と出力軸のいずれかに新たなクラッチを設けてもよい。
図２は制御装置を含んだハイブリッドシステムの構成の一例を説明するための図である。図２に示す例において、ハイブリッドシステムは、パワートレイン系の動作点を統合制御する統合コントローラ２０と、エンジン１を制御するエンジンコントローラ２１と、ＭＧを制御するモータコントローラ２２と、ＭＧを駆動するインバータ８と電気エネルギを蓄えるバッテリ９と、ＣＬ１の油圧を制御するソレノイドバルブ１４と、ＣＬ２の油圧を制御するソレノイドバルブ１５と、アクセル開度を検出するＡＰＯセンサ１７と、バッテリ９の充電状態を検出するＳＯＣセンサ１６と、図１に示したパワートレイン系とから成る。統合コントローラ２０は、アクセル開度ＡＰＯとバッテリ充電状態ＳＯＣと、車速ＶＳＰ（ＡＴ出力軸回転数に比例）とに応じて、運転者が望む駆動力が実現できる運転モードを選択し、モータコントローラ２２に目標ＭＧトルクトルクもしくは目標ＭＧ回転数を、エンジンコントローラ２１に目標エンジントルクを、ソレノイドバルブ１４、１５に駆動信号を指令する。
図３は本発明のハイブリッド車両の制御装置において統合コントローラ２０で演算される制御の一例を説明するための図であり、以下、図４に示す目標駆動力マップ、図５に示すＥＶ−ＨＥＶ選択マップ、図６に示すバッテリの充放電量マップを参照して、以下にその動作説明する。
まず、図３に示すブロック図を用いて，統合コントローラ２０で演算される制御を説明する。例えばこの演算は、制御周期１０ｍｓ毎に統合コントローラで演算される。目標駆動力演算部１００では、図４に示す目標駆動力マップを用いて、アクセル開度ＡＰＯと車速ＶＳＰとから、目標駆動力tFo0を演算する。モード選択部２００では、図５に示すＥＶ−ＨＥＶ選択マップを用いて、アクセル開度ＡＰＯと車速ＶＳＰとから、目標モードを演算する。目標充放電演算部３００では、図６に示す充放電量マップを用いて、ＳＯＣから目標充放電電力tPを演算する。動作点指令部４００では、アクセル開度ＡＰＯと目標駆動力tFo0と目標モードと車速ＶＳＰと目標充放電電力tPとから、これらを動作点到達目標として、過渡的な目標エンジントルクと目標ＭＧトルクと目標ＣＬ２トルク容量と目標ＡＴシフトとＣＬ１ソレノイド電流指令を演算する。変速制御部５００では、目標ＣＬ２トルク容量と目標ＡＴシフトとから、これらを達成するようにＡＴ内のソレノイドバルブを駆動制御する。
＜本発明のハイブリッド車両の制御装置の説明について＞
本発明のハイブリッド車両の制御装置の具体的な実施例を、以下の図７に示すタイムチャートと図８に示すフローチャートを用いて示す。
図７に示すタイムチャートに基づいて、コーストダウン変速時のＭＧ回転数とＭＧトルクの動作を説明する。コーストダウン変速時は、車速が低下するに従って、変速機（以下、Ｔ／Ｍとも記載する）入力回転数が低下してくる。すなわち、Ｔ／Ｍ入力軸に直結されているＭＧ回転数が低下してくることとなる（図中（１）の領域）。Ｔ／Ｍ入力回転数が低下してくると、変速を開始し、入力回転数をアイドル以上の回転数に保つ（図中（２）の領域）。この時、入力回転数を上昇させるというダウン変速を進行させるために、入力トルクであるＭＧトルクを、変速前の走行中のトルクに比べて上昇させることとなる（図中（３）の領域）。この（３）の領域では、回転数フィードバック制御を行った実際のＭＧトルク値は目標値に対してばらつく。入力回転数を上昇させ、変速を進行させるために、ＭＧの回転数制御を使用するが、この時にはＭＧの回転数制御に使用することを許可するＭＧトルクに上限を設ける（図中（４）の値）点が、本発明の特徴となる。
図８に示すフローチャートに従って、本発明におけるＭＧ上限値の演算、すなわち、ＭＧトルクに制限を掛ける際の制御の流れを説明する。まず、変速要求があるかどうかを判断する（Ｓ０１）。Ｓ０１での判断の結果、変速要求がない場合は、車両の目標駆動力を実現するために、ＭＧはトルク制御にて走行を継続する。Ｓ０１での判断の結果、変速要求がある場合は、変速制御を開始する（Ｓ０２）。変速制御を開始した後、実変速が開始する前までは、変速クラッチが滑り始めていないので、変速前と同様のトルク制御を継続する（Ｓ０３）。実変速が開始した後は、ＭＧの回転数制御を開始し（Ｓ０４）、クラッチトルクにより減速トルクを維持しながらも変速を進行させる。この時、車両のコーストトルクと、ブレーキとの協調回生トルクとの合計である、Ｔ／Ｍ目標出力トルクと、Ｔ／Ｍ入力回転数すなわちＭＧ回転数の目標回転数変化速度から、Ｔ／Ｍ入力トルク目標値を演算する（Ｓ０５）。このように構成することで、モータアシスト変速の実現と、変速中協調回生と、変速時の飛び出し感の防止を両立することが出来る。
このＴ／Ｍ目標入力トルク値は、各アクチュエータが理想的に動作した場合に、Ｔ／Ｍ目標出力トルクを実現しながら、Ｔ／Ｍ入力回転数目標変化速度も実現するために必要なＴ／Ｍ入力トルクである。ただし、実際にはアクチュエータはそれぞればらつきや応答遅れがあるため、理想的には動作しないので、ＭＧによる回転数制御に使用を許可するＭＧトルクには幅を持たせる必要がある。
ＭＧトルクに幅を持たせる要因として、まず、変速クラッチの制御（応答性、制御性、ばらつき）がある。これは変速クラッチ毎に差異があるので、変速クラッチを判定して、Ｔ／Ｍ目標入力トルクに対して、変速クラッチ毎の補正を掛けてＭＧによる回転数制御に使用を許可するＭＧトルクへの制限値とする（Ｓ０６）。ここで、ＭＧトルクの制限を、変速段毎に、ギア比と変速時に駆動力を伝達するクラッチのトルク分担比から設定するよう構成すると、変速時の飛び出し感を防止しつつ、モータアシスト変速の性能を最大限に向上することが出来る。また、ＭＧトルクの制限を、変速時に駆動力を伝達するクラッチのはらつきやすさ（クラッチの枚数、直径、種類、油路）によって大きさを変更するよう構成すると、ハードの持つばらつき特性を考慮して、モータトルクの制限をオフラインで最適に設定することが出来る。
次に、必要なＭＧトルクをばらつかせる要因として、水温、油温、外気温などがあるので、これらによる補正を掛けてＭＧトルクへの制限値を演算する（Ｓ０７）。ここで、ＭＧトルクの制限を、エンジンのトルクやクラッチの伝達トルクに影響を与える要因である、エンジン水温、ＡＴＦ油温、外気温、高度（空気密度）によって大きさを変更するよう構成すると、環境要因によるバラツキを考慮して、モータトルクの制限をオフラインで最適に設定することが出来る。
次に、現ギア段と目標ギア段から変速クラッチを判定し、このクラッチに対して入力トルクと飛び出し感につながる入力トルクの大きさを比較して、ＭＧトルクの制限値を演算する（Ｓ０８）。これらを比較して、ＭＧの回転数制御に使用を許可するＭＧトルクの制限値を決定する上限処理を行う（Ｓ０９）。なお、図８に示すフローチャートのうち、Ｓ０４〜Ｓ０９が本発明の制限装置の構成となる。また、コーストダウン変速時のＭＧトルクが、設定した制限値に近かった場合、次回の変速時には変速クラッチへの伝達トルク指令値を調製することで、クラッチによる伝達トルクのばらつきを、モータトルクをセンサとして使用することによって補正することが出来る。
以下、Ｓ０９におけるＭＧトルクの制限値を決定する上限処理について、より詳細に説明する。
Ｔ／Ｍ入力トルクとＴ／Ｍ出力軸トルク、Ｔ／Ｍ入力回転数の目標変化速度は、運動方程式を解くと以下の関係になっていることが分かっている。運動方程式より、実変速中に変速後の入力トルクと段差を作らない出力軸トルクを実現するために必要な入力トルクは、
Tin = (1/a) * dow1' + Tin' ・・・（１）
ただし、Tin：Ｔ／Ｍ入力トルク、a：ギア段毎に決まる係数、dotw1' ：入力回転の目標変化速度、Tin' ：変速後の予想入力トルク、である。
ここで、変速前の変速比をbとすると変速クラッチが固着していた場合の出力軸トルクは、
Tout = Tin * b ・・・（２）
となり、固着していない場合でも、変速中の出力軸トルクは、
Tout = c * Tin + d * Ts - e * Tcl ・・・（３）
の出力軸トルクとなる。
ただし、Tout：出力軸トルク、c, d, e ：ギア段毎に決まる係数、Ts ：走行抵抗トルク、Tcl ：変速時の開放側クラッチトルク、であるので、これらから変速時に飛び出し感につながらない範囲でモータトルクに制限をかける。
（１）式で決まる入力トルクに対して、クラッチトルクがばらついた場合、回転数制御で使用するモータトルクが必要となるが、（２）式、（３）式の結果を元に、ＭＧの回転数制御に使用を許可するＭＧトルクに対して、最適に制限を掛けておくようにする。具体的には、（２）式に基づくＴｏｕｔおよび（３）式に基づくＴｏｕｔを計算し、小さい方に＋αを加えて上限値としている。ここでαは定数であり、元の減速度に応じて変化させ、減速度大の時はαを小さくして減速感を減らしている。
本発明のハイブリッド車両の制御装置によれば、入力回転数の回転数フィードバック制御に使用可能とするＭＧトルクについて、コーストダウン変速時にはエンジントルクとＭＧトルクとの合算値に対して、変速機目標出力トルクと変速時の入力回転数の目標変化速度とから、制限を掛けるよう構成しているため、モータアシスト変速の実現と、変速中協調回生と、変速時の飛び出し感の防止を両立することが出来るハイブリッド車両の制御装置等の用途として好適に用いることが出来る。
本発明の制御装置の対象となるハイブリッド車両のパワートレイン系の構成を説明するための図である。 制御装置を含んだハイブリッドシステムの構成の一例を説明するための図である。 本発明のハイブリッド車両の制御装置において統合コントローラ２０で演算される制御の一例を説明するための図である。 図３に示す制御に用いる目標駆動力マップの一例を示すグラフである。 図３に示す制御に用いるＥＶ−ＨＥＶ選択マップの一例を示すグラフである。 図３に示す制御に用いるバッテリの充放電量マップの一例を示すグラフである。 本発明のハイブリッド車両の制御装置における具体的な一実施例を示すタイムチャートである。 本発明のハイブリッド車両の制御装置における具体的な一実施例を示すフローチャートである。
符号の説明
１ エンジン（ＥＮＧ）
２ モータジェネレータ（ＭＧ）
３ 自動変速機（ＡＴ）
４ 第１クラッチ（ＣＬ１）
５ 第２クラッチ（ＣＬ２）
６ ディファレンシャルギア
７ タイヤ
１０ エンジン回転センサ
１１ ＭＧ回転センサ
１２ ＡＴ入力回転センサ
１３ ＡＴ出力回転センサ
１４ ソレノイドバルブ（ＣＬ１用）
１５ ソレノイドバルブ（ＣＬ２用）
１６ ＳＯＣセンサ
１７ ＡＰＯセンサ
２０ 統合コントローラ
２１ エンジンコントローラ
２２ モータコントローラ
１００ 目標動力演算部
２００ モード選択部
３００ 目標充放電演算部
４００ 動作点司令部
５００ 変速制御部

Claims (5)

  1. エンジンと、モータジェネレータ（以下、ＭＧとも記載する）と、変速機とを、駆動結合してなるハイブリッド車両の制御装置であって、変速時にエンジンまたはＭＧのトルクによって次変速段相当の回転にする制御装置において、入力回転数の回転数フィードバック制御に使用可能とするＭＧトルクについて、コーストダウン変速時にはエンジントルクとＭＧトルクとの合算値に対して、変速機目標出力トルクと変速時の入力回転数の目標変化速度とから、制限を掛けるよう構成したことを特徴とするハイブリッド車両の制御装置。
  2. ＭＧトルクの制限を、変速段毎に、ギア比と変速時に駆動力を伝達するクラッチのトルク分担比から設定するよう構成したことを特徴とする請求項１に記載のハイブリッド車両の制御装置。
  3. ＭＧトルクの制限を、変速時に駆動力を伝達するクラッチのはらつきやすさ（クラッチの枚数、直径、種類、油路）によって大きさを変更するよう構成したことを特徴とする請求項１に記載のハイブリッド車両の制御装置。
  4. ＭＧトルクの制限を、エンジンのトルクやクラッチの伝達トルクに影響を与える要因である、エンジン水温、ＡＴＦ油温、外気温、高度（空気密度）によって大きさを変更するよう構成したことを特徴とする請求項１に記載のハイブリッド車両の制御装置。
  5. コーストダウン変速時のＭＧトルクが、設定した制限値に近かった場合、次回の変速時には変速クラッチへの伝達トルク指令値を調製することを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のハイブリッド車両の制御装置。
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