JP2010188786A - ハイブリッド車両の変速制御装置および変速制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ダウンシフト要求を伴うエンジン始動によるクラッチの劣化を抑制できる新規なハイブリッド車両の変速制御装置および変速制御方法の提供。
【解決手段】ＥＶ走行中にエンジン始動要求と共にダウンシフト要求があった場合には、変速機Ｔ／Ｍの変速比を一旦ハイ側にシフトしてモータ回転数を下げてから第１クラッチＣＬ１を締結してエンジンＥを始動する。これによって、第１クラッチＣＬ１を締結するときのモータ側とエンジン側の回転差を小さくして第１クラッチＣＬ１の締結時の発熱量の増加を抑制できるため、ダウンシフト要求を伴うエンジン始動に際の第１クラッチＣＬ１の劣化を抑制できる。
【選択図】 図４

Description

本発明は、エンジンとモータの一方または両方を用いて駆動輪を駆動するハイブリッド車両に係る。特にエンジンとモータを接続する第１クラッチと、モータと変速機を接続する第２クラッチの締結状態およびその変速機の変速比を走行状態に応じて制御する変速制御装置および変速制御方法に関する。

従来のハイブリッド車は、エンジンとモータおよびモータと変速機との間にそれぞれクラッチを設けた構造となっている。そして、これらのクラッチの締結状態を適宜制御することでＥＶ走行（モータ走行）とＨＥＶ走行（ハイブリッド（モータ＋エンジン）走行）の切替および制動回生などの制御を行っている。
このようにＥＶ走行からＨＥＶ走行への切り替えを行うためは、停止しているエンジンを始動させる必要がある。エンジンを始動する従来方法としては、例えば以下の特許文献１に示すような方法がある。この方法は、先ずエンジン始動時のショックを車両に伝達しないようにするためにモータと変速機と接続する第２クラッチを開放状態から滑り締結状態（以下、適宜「スリップ状態」という）にする。そして、アップシフト要求を伴うエンジン始動の場合には変速機をアップシフトしてからエンジン始動を実施している。また、加速時や坂道走行時などのようにダウンシフト要求を伴うエンジン始動の場合にはエンジン始動をしてから変速機をダウンシフトしている。

特開２００７−６９７８９号公報

しかし、前記のようにダウンシフト要求を伴うエンジン始動の場合には、シフトチェンジ前にエンジン始動を実施するため、その変速比によってはエンジンとモータとを連結する第１クラッチのモータ側とエンジン側との回転数差が大きくなる。この結果、第１クラッチの発熱量や摩耗が増加して劣化を促進してしまう。
また、エンジン始動時のモータの回転数とエンジンの初期回転数との差が大きくなり、エンジン発生トルクが駆動輪に伝達されるまでのレスポンスが遅くなってしまう。
そこで、本発明はこのような課題を解決するために案出されたものであり、その主な目的は、ダウンシフト要求を伴うエンジン始動によるクラッチの劣化を抑制できる新規なハイブリッド車両の変速制御装置および変速制御方法を提供するものである。

前記目的を達成するために本発明は、エンジンとモータとを接続する第１クラッチと、前記モータと変速機とを接続する第２クラッチと、これらのクラッチを制御する手段と、前記変速機を制御する手段とを有するハイブリッド車両の変速制御装置に関する。
そして、前記クラッチ制御手段は、ＥＶ走行中に前記エンジンの始動要求と共に前記変速機の変速比をロー側にシフトさせるダウンシフト要求があったときは、前記第２クラッチを締結状態から滑り締結状態にする。そして、このクラッチ制御手段は、前記変速機の変速比がハイ側にシフトしたならば、その後に前記第１クラッチを開放状態から滑り締結状態にして前記エンジンを始動する。

一方、前記変速機制御手段は、ＥＶ走行中に前記エンジンの始動要求と共に前記変速機の変速比をロー側にシフトさせるダウンシフト要求があったときは、前記第２クラッチが滑り締結状態になった後に前記変速機の変速比をハイ側にシフトする。そして、この変速機制御手段は、その後、前記エンジンが始動して前記第１クラッチのエンジン側の回転数と前記モータ側の回転数の差が所定値よりも小さくなったことを検出すると、前記変速機の変速比をロー側にダウンシフトして供給された変速比に制御する。

本発明は、このようにＥＶ走行中にエンジン始動要求と共にダウンシフト要求があった場合には、変速機の変速比を一旦ハイ側にシフトしてモータ回転数を下げてからエンジンとモータとを接続する第１クラッチを締結してエンジンを始動するものである。
これによって、変速機の変速比を変えずにそのままエンジン始動する場合に比べて第１クラッチを締結するときのモータ側とエンジン側の回転差を小さくできる。この結果、第１クラッチ締結時の発熱量の増加を抑制できるため、ダウンシフト要求を伴うエンジン始動に際の第１クラッチの劣化を抑制できる。

本発明に係る変速制御装置の実施の一形態を示す全体システム図である。 本発明に係る変速制御の処理の流れを示すフローチャート図である。 本発明に係る変速制御の処理の流れを示したタイムチャート図である。 本発明に係る変速制御に対応するモータＭの動作点の変化を示した模式図である。

以下、本発明のハイブリッド車両のクラッチ制御装置の実施の一形態を添付図面を参照しながら説明する。
（構成）
先ず、本発明の変速制御装置を含む一般的なハイブリッド車両の駆動系構成を説明する。
図１は、本発明のクラッチ制御装置を含む後輪駆動によるハイブリッド車両１００を示す全体システム図である。
図１に示すように、このハイブリッド車両１００は、エンジンＥと、モータＭと、第１クラッチＣＬ１と、第２クラッチＣＬ２と、変速機Ｔ／Ｍとを有する。さらに、このハイブリッド車両１００は、プロペラシャフトＰＳと、ファイナルギア（ディファレンシャル）ＤＦと、左後輪ＲＬ（駆動輪）と、右後輪ＲＲ（駆動輪）とを有する。

エンジンＥは、ガソリンエンジンやディーゼルエンジンなどからなる。そして、このエンジンＥは、後述するエンジンコントローラ１からの制御指令に基づいてスロットルバルブのバルブ開度などを制御する。なお、エンジンＥの出力軸には、エンジン回転数を検出するエンジン位置検出器Ｓ１を設ける。
モータＭは、ロータに永久磁石を埋設しステータにステータコイルを巻き付けた同期型モータジェネレータなどからなる。そして、このモータＭは、後述するモータコントローラ２からの制御指令に基づいてインバータ３およびバッテリ３ａにより作り出された三相交流を印加することにより制御する。

このモータＭのロータ（出力軸）は、第２クラッチＣＬ２を介して変速機Ｔ／Ｍの入力軸に連結する。そのため、このモータＭは、インバータ３からの電力の供給を受けて駆動輪ＲＬ、ＲＲを回転駆動する電動機として動作する。また、制動時にロータが外力により回転しているときには、ステータコイルの両端に起電力を生じさせる発電機（ジェネレータ）として機能して充電する（回生）。なお、このモータＭの出力軸には、モータ回転数を検出するモータ位置検出器Ｓ２を設ける。

第１クラッチＣＬ１は、前記エンジンＥとモータＭとの間に介装した油圧式単板クラッチなどからなる。そして、この第１クラッチＣＬ１は、後述する第１クラッチコントローラ４からの制御指令に基づいて第１クラッチ油圧ユニット５により作り出された制御油圧により、滑り締結（スリップ）と滑り開放を含み締結・開放動作を行う。
第２クラッチＣＬ２は、前記モータＭと変速機Ｔ／Ｍとの間に介装した油圧式多板クラッチなどからなる。そして、この第２クラッチＣＬ２は、後述する第２クラッチコントローラ６からの制御指令に基づいて第２クラッチ油圧ユニット７により作り出された制御油圧によって滑り（スリップ）締結と滑り開放を含み締結・開放動作を行う。

なお、本実施の形態において、これら第１クラッチＣＬ１および第２クラッチＣＬ２における「締結状態」とは、トルク、回転数をそのまま伝達する状態をいい、「スリップ状態」とは、トルク容量を超えるトルクが入力すると入力回転が出力回転を超える状態をいう。また、「開放状態」とは、トルクを伝達しない状態をいう（以下、同じである）。
また、これら第１クラッチＣＬ１および第２クラッチＣＬ２のトルク容量は供給する油圧に応じて連続的に変化することができる。また、この第１クラッチ油圧ユニット５および第２クラッチ油圧ユニット７は、図示しないコントロールバルブからなる油圧回路によって制御油圧を発生する。そして、この制御油圧を可変制御することで前記第１クラッチＣＬ１および第２クラッチＣＬ２のトルク容量を連続的に変化することができる。

変速機Ｔ／Ｍは、例えば前進５速後退１速や前進６速後退１速等の有段階またはＣＶＴ(Continuously Variable Transmission)などの無段階の変速比を車速やアクセル開度の他、後に詳述する運転状態に応じて自動的に切り換える変速機である。そして、この変速機Ｔ／Ｍの出力軸は、プロペラシャフトＰＳ、ファイナルギアＤＦを介して左右後輪（駆動輪）ＲＬ，ＲＲに連結する。この変速機Ｔ／Ｍは、変速機コントローラ８からの制御指令に基づいて変速油圧ユニット９により作り出された制御油圧によって変速動作を行う。なお、この変速機Ｔ／Ｍの入力軸にはその入力回転数を検出するＴ／Ｍ入力回転検出器Ｓ３を備える。また、その出力軸にはその出力回転数を検出するＴ／Ｍ入力回転検出器Ｓ４を備える。ここで、本実施の形態におけるダウンシフトとは、一般的な意味と同様に変速機Ｔ／Ｍの変速比を大きくすること（ロー（Ｌｏｗ）側へシフト）をいい、また、アップシフトとは、反対にその変速比を小さくすること（ハイ（Ｈｉ）側へシフト）をいう。

次に、このような構成をしたハイブリッド車両１００のクラッチ制御装置を含む駆動制御装置を説明する。
この駆動制御装置は、図１に示すようにエンジンコントローラ１と、モータコントローラ２と、インバータ３と、バッテリ３ａと、第１クラッチコントローラ４と、第１クラッチ油圧ユニット５とを有する。さらに、この駆動制御装置は、第２クラッチコントローラ６と、第２クラッチ油圧ユニット７と、変速機コントローラ８と、変速油圧ユニット９と、統合コントローラ１０とを有する。なお、エンジンコントローラ１と、モータコントローラ２と、第１クラッチコントローラ４と、変速機コントローラ８と、統合コントローラ１０は、互いに情報交換が可能なＣＡＮ通信線１１を介して接続する。

エンジンコントローラ１は、図示しないエンジン回転数センサからのエンジン回転数情報を入力する。そして、このエンジンコントローラ１は、統合コントローラ１０からの目標エンジントルク指令などに応じ、エンジン動作点を制御する指令を、例えば図外のスロットルバルブアクチュエータへ出力する。なお、エンジン回転数の情報は、ＣＡＮ通信線１１を介して統合コントローラ１０へ供給する。
モータコントローラ２は、モータＭのロータ回転位置を検出するモータ位置検出器Ｓ２からの情報を入力する。そして、このモータコントローラ２は、統合コントローラ１０からの目標モータ回転数指令などに応じ、モータＭのモータ回転数を制御する指令をインバータ３へ出力する。

第１クラッチコントローラ４は、図示しないクラッチ油圧センサやクラッチストロークセンサなどからのセンサ情報を入力する。そして、この第１クラッチコントローラ４は、統合コントローラ１０からの第１クラッチ油圧指令に応じ、第１クラッチＣＬ１の締結・スリップ（滑り締結）・開放を制御する指令を第１クラッチ油圧ユニット５に出力する。
第２クラッチコントローラ６は、図示しないクラッチ油圧センサやクラッチストロークセンサなどからのセンサ情報を入力する。そして、この第２クラッチコントローラ６は、統合コントローラ１０からの第２クラッチ制御指令に応じ、第２クラッチＣＬ２締結・スリップ（滑り締結）・開放を制御する指令を第２クラッチ油圧ユニット７に出力する。

変速機コントローラ８は、ドライバーが操作するアクセルの開度を検出するアクセル開度センサ（図示せず）や車速センサ（図示せず）からのセンサ情報を入力する。そして、この変速機コントローラ８は、統合コントローラ１０からの変速指令に応じ、変速油圧を制御する指令を変速油圧ユニット９に出力する。
変速油圧ユニット９は、図示しないアクチュエータと油圧回路とコントロールバルブなどから構成されている。そして、変速機コントローラ８からの制御指令に基づいて所定の制御油圧を生成し、その制御油圧によって変速機Ｔ／Ｍの変速動作（アップシフトおよびダウンシフト）を行う。

統合コントローラ１０は、車両１００全体の消費エネルギーを管理し、最高効率で車両を走らせるための機能を担うものである。
そのため、この統合コントローラ１０は、エンジン位置検出器Ｓ１と、モータ位置検出器Ｓ２と、Ｔ／Ｍ入力回転検出器Ｓ３と、Ｔ／Ｍ入力回転検出器Ｓ４などからの各種センサ信号およびＣＡＮ通信線１１を介して得られた各種情報を入力する。

そして、この統合コントローラ１０は、前記エンジンコントローラ１への制御指令によりエンジンＥの動作制御を行い、前記モータコントローラ２への制御指令によりモータＭの動作制御（モータ出力トルク、モータ出力回転）を行う。また、この統合コントローラ１０は、前記第１クラッチコントローラ４への油圧制御指令により第１クラッチＣＬ１の締結・スリップ・開放制御を行い、前記第２クラッチコントローラ６への油圧制御指令により第２クラッチＣＬ２の締結・スリップ・開放制御を行う。また、この統合コントローラ１０は、変速機コントローラ８への変速制御指令により変速油圧ユニット９の制御を行う。

（作用）
次に、このような変速制御装置による変速制御方法のうち、ＥＶ走行（モータ走行）からＨＥＶ走行（ハイブリッド（モータ＋エンジン）走行）へ移行する際の制御の流れを図２のフローチャート図を主に参照しながら説明する。
（ステップＳ１）
先ず、統合コントローラ１０は、最初のステップＳ１において、ドライバーが操作するアクセルペダルなどの操作情報などに基づいてダウンシフト要求を伴うエンジンＥの始動要求があるか否かを判断する。この結果、ダウンシフト要求を伴うエンジン始動要求がない、あるいはエンジン始動要求のみと判断したとき（Ｎｏ）はそのまま待機する。これに対し、ダウンシフト要求を伴うエンジン始動要求があると判断したとき（Ｙｅｓ）は次のステップＳ３に移行する。

（ステップＳ３）
ステップＳ３では、現在のモータＭの回転数Ｎｍ０と、第１クラッチＣＬの熱耐力によって決まるエンジンＥの始動許可回転数Ｎｍ１とを比較し、モータ回転数Ｎｍ０がエンジン始動許可回転数Ｎｍ１を上回っているかを判断する。この結果、現在のモータ回転数Ｎｍ０がエンジン始動許可回転数Ｎｍ１を上回っていないと判断したとき（Ｎｏ）は、ステップＳ９までジャンプする。これとは反対に現在のモータ回転数Ｎｍ０がエンジン始動許可回転数Ｎｍ１を上回っていると判断したとき（Ｙｅｓ）は、次のステップＳ５に移行する。
（ステップＳ５）
ステップＳ５では、現在のモータ回転数Ｎｍ０をエンジン始動許可回転数Ｎｍ１に下げるため、変速機Ｔ／Ｍの変速比を現在の変速比からｒ１までアップシフトして次のステップＳ７に移行する。このとき、モータＭは駆動力を確保するためトルクアップさせる。

（ステップＳ７）
ステップＳ７では、ステップＳ５におけるアップシフト操作によってエンジン始動が可能となったか、すなわちそのアップシフト操作によってモータ回転数Ｎｍ０がエンジン始動許可回転数Ｎｍ１以下に下がったかを判断する。この結果、エンジン始動が可能となっていないと判断したとき（Ｎｏ）は、モータ回転数Ｎｍ０がエンジン始動許可回転数Ｎｍ１以下になるまでそのまま待機する。反対に、エンジン始動が可能となったと判断したとき（Ｙｅｓ）は、そのまま次のステップＳ９に移行する。
（ステップＳ９）
ステップＳ９では、第１クラッチＣＬ１を開放状態から滑り締結状態（スリップ状態）に制御し、モータトルクをエンジンＥに伝達してエンジン始動を行ってから次のステップＳ１１に移行する。

（ステップＳ１１）
ステップＳ１１では、エンジン始動が完了したかを判断し、エンジン始動が完了していないと判断しとき（Ｎｏ）は、完了するまでそのまま待機するが、エンジン始動が完了したと判断したとき（Ｙｅｓ）は、そのまま次のステップＳ１３に移行する。なお、このステップにおけるエンジン始動完了の判断は、例えばエンジン回転数が所定の閾値を超えたか否かによって行うことになる。
（ステップＳ１３）
ステップＳ１３では、変速機Ｔ／Ｍを制御し、その変速比を最初のステップＳ１であったダウンシフト要求に対応する変速比ｒ２にダウンシフトして処理を終了する。

図３はこのような一連の変速処理を示したタイムチャート図、図４はこのような一連の変速処理に対応するモータＭの動作点の変化を示した模式図である。
図示するように、ＥＶ走行中におけるモータＭは、ダウンシフト要求を伴うエンジン始動要求がある以前は動作点ａ（中回転、低トルク域）で動作している。しかし、その後、ダウンシフト要求を伴うエンジン始動要求があると、その時点ｔ１からｔ２の間にシフトアップに伴い動作点ａから動作点ｂ（低回転、項トルク域）に移行する（ステップＳ５）。

これによって、図３に示すようにモータ回転数Ｎｍ０がエンジン回転数Ｎｍ１にまで下がる。また、動作点ｂに移行すると同時に第１クラッチＣＬ１のトルク指令制御が行われ、第１クラッチＣＬ１の伝達トルクが上昇する。
その後、この第１クラッチＣＬ１の伝達トルクの上昇に伴ってモータトルクも上昇し、モータトルクがエンジンＥに伝達される。すると、エンジンＥの回転が上昇し、ｔ３の時点でエンジンＥが初爆する。

そして、エンジンＥが初爆してその回転数が上昇し、モータ回転数Ｎｍ０に達したならば、ｔ４の時点で変速比をｒ２にダウンシフトしてモータＭを動作点ｂから動作点ｃ（高回転、低トルク域）に移行する（ステップＳ１３）。
これによって、変速機Ｔ／Ｍの変速比を変えずにそのままエンジン始動する場合に比べて第１クラッチＣＬ１を締結するときのモータＭ側とエンジンＥ側の回転差を小さくできる。この結果、第１クラッチＣＬ１を締結する際の発熱量の増加を抑制することが可能となってダウンシフト要求を伴うエンジン始動の際の第１クラッチＣＬ１の劣化を抑制できる。

なお、前記課題を解決するための手段に開示した本願発明のクラッチ制御装置を構成する「クラッチ制御手段」は、図１に示す統合コントローラ１０と、第１および第２クラッチコントローラ４、６と、第１および第２クラッチ油圧ユニット５、７などに対応する。また、同じく「変速機制御手段」は、図１に示す統合コントローラ１０と、変速機コントローラ８と、変速油圧ユニット９などに対応する。

（効果）
以上説明したように本実施の形態に係るハイブリッド車両のクラッチ制御装置およびクラッチ制御方法にあっては、以下のような効果を発揮する。
（１）クラッチ制御手段は、モータＭの駆動のみによる走行中にエンジンＥの始動要求と共に変速機Ｔ／Ｍの変速比をロー側にシフトさせるダウンシフト要求があったときは、第２クラッチＣＬ２を締結状態から滑り締結状態にする。そして、その後、変速機Ｔ／Ｍの変速比がハイ側にシフトしたことを検出すると、第１クラッチＣＬ１を開放状態から滑り締結状態にしてエンジンＥを始動する。

一方、変速機制御手段は、同じくモータＭの駆動のみによる走行中に前記エンジン始動要求と共にダウンシフト要求があったときは、第２クラッチＣＬ２が滑り締結状態になった後に変速機Ｔ／Ｍの変速比をハイ側にシフトする。そして、その後、エンジンＥが始動して第１クラッチＣＬ１のエンジンＥ側の回転数とモータＭ側の回転数の差が所定値よりも小さくなったことを検出すると、変速機Ｔ／Ｍの変速比をロー側にダウンシフトして供給された変速比に制御する。

すなわち、本発明はＥＶ走行中にエンジン始動要求と共にダウンシフト要求があった場合には、変速機Ｔ／Ｍの変速比を一旦ハイ側にシフトしてモータ回転数を下げてから第１クラッチＣＬ１を締結してエンジンＥを始動するものである。
これによって、変速機Ｔ／Ｍの変速比を変えずにそのままエンジン始動する場合に比べて第１クラッチＣＬ１を締結するときのモータ側とエンジン側の回転差を小さくできる。この結果、第１クラッチＣＬ１の締結時の発熱量の増加を抑制できるため、ダウンシフト要求を伴うエンジン始動の際の第１クラッチＣＬ１の劣化を抑制できる。
（２）また、エンジン始動時のモータＭとエンジンＥの初期差回転を小さくできることにより、エンジン始動後のエンジン発生トルクを駆動輪に伝達するまでのレスポンス遅れも回避できる。

Ｅ…エンジン
Ｍ…モータ
ＣＬ１…第１クラッチ
ＣＬ２…第２クラッチ
Ｔ／Ｍ…変速機
ＰＳ…プロペラシャフト
ＤＦ…ファイナルギア（ディファレンシャル）
ＲＬ…左後輪（駆動輪）
ＲＲ…右後輪（駆動輪）
１…エンジンコントローラ
２…モータコントローラ
３…インバータ
４…第１クラッチコントローラ（クラッチ制御手段）
５…第１クラッチ油圧ユニット（クラッチ制御手段）
６…第２クラッチコントローラ（クラッチ制御手段）
７…第２クラッチ油圧ユニット（クラッチ制御手段）
８…変速機コントローラ（変速機制御手段）
９…変速油圧ユニット（変速機制御手段）
１０…統合コントローラ（クラッチ制御手段、変速機制御手段）
１１…ＣＡＮ
１００…ハイブリッド車両

Claims (2)

1. エンジンとモータとを接続する第１クラッチと、前記モータと変速機とを接続する第２クラッチと、前記第１クラッチおよび第２クラッチを制御するクラッチ制御手段と、前記変速機を制御する変速機制御手段とを有するハイブリッド車両の変速制御装置であって、
   前記クラッチ制御手段は、前記モータの駆動のみによる走行中に前記エンジンの始動要求と共に前記変速機の変速比をロー側にシフトさせるダウンシフト要求があったときは、前記第２クラッチを締結状態から滑り締結状態にし、その後、前記変速機の変速比がハイ側にシフトしたことを検出すると、前記第１クラッチを開放状態から滑り締結状態にして前記エンジンを始動し、
   前記変速機制御手段は、前記モータの駆動のみによる走行中に前記エンジンの始動要求と共に前記変速機の変速比をロー側にシフトさせるダウンシフト要求があったときは、前記第２クラッチが滑り締結状態になった後に前記変速機の変速比をハイ側にシフトし、その後、前記エンジンが始動して前記第１クラッチのエンジン側の回転数と前記モータ側の回転数の差が所定値よりも小さくなったことを検出すると、前記変速機の変速比をロー側にダウンシフトして供給された変速比に制御することを特徴とするハイブリッド車両の変速制御装置。
2. エンジンとモータとを第１クラッチで接続すると共に、前記モータと変速機とを第２クラッチで接続し、走行状態に応じて前記第１クラッチおよび第２クラッチと前記変速機を制御するハイブリッド車両の変速制御方法であって、
   前記モータの駆動のみによる走行中に前記エンジンの始動要求と共に前記変速機の変速比をロー側にシフトさせるダウンシフト要求があったときは、前記第２クラッチを締結状態から滑り締結状態にすると共に、前記変速機の変速比をハイ側にシフトした後に、前記第１クラッチを開放状態から滑り締結状態にして前記エンジンを始動し、
   その後、前記第１クラッチのエンジン側の回転数と前記モータ側の回転数の差が所定値よりも小さくなったことを検出すると、前記変速機の変速比をロー側にダウンシフトして供給された変速比に制御することを特徴とするハイブリッド車両の変速制御方法。

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