JP2010202054A

JP2010202054A - ハイブリッド車両の制御装置

Info

Publication number: JP2010202054A
Application number: JP2009050355A
Authority: JP
Inventors: Tomomi Yamada; 智海山田; Isao Matsumoto; 功松本
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2009-03-04
Filing date: 2009-03-04
Publication date: 2010-09-16
Anticipated expiration: 2029-03-04
Also published as: JP5298960B2

Abstract

【課題】駆動力制御を運転者の操作に基づき適切に実行することが可能なハイブリッド車両の制御装置を提供する。
【解決手段】ハイブリッド車両の制御装置は、エンジンと、手動変速機と、クラッチと、モータと、クラッチペダルと、制御手段と、を備える。モータは、手動変速機の出力軸に直結された駆動用及び発電用のモータである。制御手段は、手動変速機の各変速段を選択するシフトレバーの位置がニュートラルであって、かつ、クラッチペダルが踏み込まれていない場合、エンジンを停止し、ＥＶ走行を開始する。
【選択図】図２

Description

本発明は、ハイブリッド車両の制御装置に関する。

従来から、エンジンとモータとを動力源と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には、手動変速機と変速機の出力軸に直結された車両駆動用モータを備え、ドライバがＥＶ走行中にニュートラルの操作をすることによりエンジンが始動し、車両が所定値以下の場合はエンジン起動しないハイブリッド車両が開示されている。その他、本発明に関連する技術が、特許文献２乃至特許文献４にそれぞれ記載されている。

特開２００４−１４２６３６号公報特開２００５−０２８９６８号公報特開２００３−２０５７６８号公報特開２００１−２３１１０３号公報

一般に、手動変速機を備えたハイブリッド車両の場合、伝達効率がよくコストが安い半面、駆動力制御に課題がある。特に、従来では、ＥＶ走行とエンジン走行をドライバの意図に従い切り替える方法が明らかになっていない。より具体的には、ドライバのシフトレバーの操作とＥＶ走行とを違和感なく結びつける方法が明らかになっていない。特許文献１乃至特許文献４には、上記の問題は、何ら検討されていない。

本発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、運転者の操作に基づき駆動力制御を適切に実行することが可能なハイブリッド車両の制御装置を提供することを目的とする。

本発明の１つの観点では、ハイブリッド車両の制御装置は、エンジンと、手動変速機と、前記エンジンと前記手動変速機との間の動力伝達の接続及び分離を行うクラッチと、前記手動変速機の出力軸に直結されたモータと、前記クラッチの断続を運転者が制御するためのクラッチペダルと、前記手動変速機の各変速段を選択するシフトレバーの位置がニュートラルであって、かつ、前記クラッチペダルが踏み込まれていない場合、前記エンジンを停止し、ＥＶ走行を開始する制御手段と、を備える。

上記のハイブリッド車両の制御装置は、エンジンと、手動変速機と、クラッチと、モータと、クラッチペダルと、制御手段と、を備える。モータは、手動変速機の出力軸に直結された駆動用及び発電用のモータである。制御手段は、例えばＥＣＵ（ＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃＣｏｎｔｒｏｌＵｎｉｔ）であり、手動変速機の各変速段を選択するシフトレバーの位置がニュートラルであって、かつ、クラッチペダルが踏み込まれていない場合、エンジンを停止し、ＥＶ走行を開始する。このようにすることで、ハイブリッド車両の制御装置は、ＥＶ走行を運転者に選択させることができると共に、ＥＶ走行を運転者に選択させることにより運転者に違和感を生じさせることなくＥＶ走行へ切り替えることができる。

上記のハイブリッド車両の制御装置の他の一態様では、前記制御手段は、ＥＶ走行中に前記クラッチペダルが踏み込まれた場合、前記エンジンを起動させる。この態様では、ハイブリッド車両の制御装置は、運転者がＥＶ走行では駆動力が足りないと判断し、クラッチペダルを踏んでシフトレバーの位置を操作した際に、速やかにエンジン出力を発生させることができる。

本発明の各実施形態に係るハイブリッド車両の概略構成図を示す。第１実施形態の処理手順を示すフローチャートである。

以下、図面を参照して本発明の好適な実施の形態について説明する。

［全体構成］
図１は、本実施形態におけるハイブリッド車両の概略構成図を示す。なお、図中の破線矢印は、信号の入出力を示している。

ハイブリッド車両１００は、主に、エンジン（内燃機関）１と、減速機２と、駆動輪３と、モータＭＧと、インバータ５と、バッテリ６と、クラッチ７と、スタータモータ８と、手動変速機９と、ＥＣＵ１０と、を備える。

減速機２は、エンジン１及び／またはモータＭＧから伝達された動力を、ドライブシャフト３ａを介して駆動輪３に伝達する。駆動輪３は、ハイブリッド車両１００の駆動輪であり、説明の簡略化のため、図１では特に左右前輪のみが表示されている。

エンジン１は、燃焼室内で空気と燃料との混合気を燃焼させることによって動力を発生させる。従って、エンジン１は、ハイブリッド車両１００の推進力を出力する動力源として機能する。エンジン１は、ＥＣＵ１０によって種々の制御が行われる。スタータモータ８は、停止状態にあるエンジン１を回転させて始動させる電動機である。

クラッチ７は、エンジン１と手動変速機９間の動力伝達の接続及び分離（解放）を行う。クラッチ７は、図示しないクラッチペダルの操作に基づき接続及び解放が運転者によって制御される。以後では、運転者がクラッチペダルを踏み込んだ状態を、「クラッチペダルＯＮ」と呼び、クラッチペダルを踏み込んでいない状態を、「クラッチペダルＯＦＦ」と呼ぶ。

手動変速機９は、運転者が操作する図示しないシフトレバーの位置（以後、「シフトポジション」と呼ぶ。）に基づき、変速比（変速段）を変更する。

モータＭＧは、バッテリ６を充電するための発電機、または、ハイブリッド車両１００の推進力を出力する動力源として機能する。モータＭＧは、制動時に回生運転を行うことで発電する。モータＭＧは、手動変速機９の出力軸に直結されている。インバータ５は、バッテリ６とモータとの間の電力の入出力を制御する直流交流変換機である。例えば、インバータ５は、モータＭＧによって発電された交流電力を直流電力に変換してバッテリ６に供給すると共に、バッテリ６から取り出した直流電力を交流電力に変換してモータＭＧに供給する。

バッテリ６は、モータＭＧを駆動するための電源として機能することが可能に構成されると共に、モータＭＧが発電した電力を充電可能に構成された蓄電池である。

ＥＣＵ１０は、図示しないＣＰＵ（ＣｅｎｔｒａｌＰｒｏｃｅｓｓｉｎｇＵｎｉｔ）、ＲＯＭ（ＲｅａｄＯｎｌｙＭｅｍｏｒｙ）及びＲＡＭ（ＲａｎｄｏｍＡｃｃｅｓｓＭｅｍｏｒｙ）などを備え、ハイブリッド車両１００内の各構成要素に対して種々の制御を行う。詳細は後述するが、ＥＣＵ１０は、制御手段として機能する。

以下では、ＥＣＵ１０が実行する制御について第１実施形態及び第２実施形態で具体的に説明する。なお、以後では、モータＭＧを動力源とした走行を「ＥＶ走行」と呼ぶ。

［第１実施形態］
第１実施形態でＥＣＵ１０が実行する制御について説明する。ＥＣＵ１０は、運転者のクラッチペダル及びシフトレバーの操作に基づき運転者がＥＶ走行を意図しているか否かを判定し、ＥＶ走行を意図していると判断した場合にはエンジン１を停止し、ＥＶ走行へ切り替える。具体的には、シフトポジションがニュートラルであり、かつ、クラッチペダルがＯＦＦである場合に、ＥＣＵ１０は、ＥＶ走行を開始する。これにより、ＥＣＵ１０は、運転者のシフトレバー及びクラッチペダルの操作とＥＶ走行とを違和感なく結びつけ、運転者の意図を適切に駆動力制御に反映させる。以後、運転者の操作に基づくＥＶ走行を、「運転者操作に基づくＥＶ走行」と呼ぶ。

これについて具体的に説明する。ＥＣＵ１０は、まず、図示しない車速センサなどにより検出したハイブリッド車両１００の車速が所定値（以後、「所定値ＴＨｖ」と呼ぶ。）より大きいか否か監視する。所定値ＴＨｖは、例えばエンジン１を起動させてハイブリッド車両１００を再加速させる必要がある値の上限値に設定される。具体的には、所定値ＴＨｖは、実験等に基づき適切な値に設定される。

そして、ＥＣＵ１０は、車速が所定値ＴＨｖより大きい場合のみ、運転者操作に基づくＥＶ走行を許可する。これにより、ＥＣＵ１０は、エンジン１の停止及び起動のビジー感を抑制することができる。即ち、低車速時の場合、運転者による加速要求が比較的短時間で発生する可能性が高い。従って、ＥＣＵ１０は、低車速時では運転者操作に基づくＥＶ走行を許可しないことにより、再加速要求に基づく要求駆動力を補うために短時間で再びエンジン１を起動するのを防ぐ。

次に、車速が所定値ＴＨｖより大きい場合には、ＥＣＵ１０は、シフトポジションがニュートラルであり、かつ、クラッチペダルがＯＦＦであるか否か判定する。そして、ＥＣＵ１０は、上述の条件が満たされた場合、エンジン１を停止し、運転者操作に基づくＥＶ走行を開始する。そして、ＥＣＵ１０は、図示しないアクセル開度センサから検出されたアクセル開度及び現在の車速等に基づきモータＭＧを出力させる。

このようにすることで、ＥＣＵ１０は、ＥＶ走行を実行するか否かを運転者に選択させることができる。また、ＥＣＵ１０は、ＥＶ走行を運転者に選択させることにより、運転者に違和感を生じさせることなくＥＶ走行へ切り替えることができる。また、上述の運転者操作に基づくＥＶ走行では、ＥＶ走行中、または、減速時の回生中にシフトポジションがニュートラルであるため、エンジン１による摩擦損失（フリクションロス）がない。従って、ＥＣＵ１０は、燃費の悪化等を生じさせることなく運転者操作に基づくＥＶ走行を実行することができる。

（処理フロー）
次に、第１実施形態における処理の手順について説明する。図２は、本実施形態においてＥＣＵ１０が実行する処理の手順を表すフローチャートの一例である。ＥＣＵ１０は、図２に示すフローチャートの処理を、例えば所定の周期に従い繰り返し実行する。

まず、ＥＣＵ１０は、車速が所定値ＴＨｖより大きいか否か判定する（ステップＳ１０１）。そして、車速が所定値ＴＨｖより大きい場合（ステップＳ１０１；Ｙｅｓ）、ＥＣＵ１０は、ステップＳ１０２へ処理を進める。一方、車速が所定値ＴＨｖ以下の場合（ステップＳ１０１；Ｎｏ）、ＥＣＵ１０は、再加速の恐れがあると判断し、フローチャートの処理を終了する。

次に、ＥＣＵ１０は、シフトポジションがニュートラルであるか否か判定する（ステップＳ１０２）。そして、シフトポジションがニュートラルの場合（ステップＳ１０２；Ｙｅｓ）、ＥＣＵ１０は、ステップＳ１０３に処理を進める。このとき、ドライブシャフト３ａとエンジン１との接続はフリーになっている。一方、シフトポジションがニュートラルではない場合（ステップＳ１０２；Ｎｏ）、ＥＣＵ１０は、フローチャートの処理を終了する。

次に、ＥＣＵ１０は、クラッチペダルがＯＦＦであるか否か判定する（ステップＳ１０３）。そして、クラッチペダルがＯＦＦの場合（ステップＳ１０３；Ｙｅｓ）、ＥＣＵ１０は、ステップＳ１０４へ処理を進める。一方、クラッチペダルがＯＦＦでない場合（ステップＳ１０３；Ｎｏ）、ＥＣＵ１０はフローチャートの処理を終了する。

次に、ＥＣＵ１０は、エンジン１を停止する（ステップＳ１０４）。そして、ＥＣＵ１０は、車速、アクセル開度に基づきモータＭＧを出力させる（ステップＳ１０５）。

以上のようにすることで、ＥＣＵ１０は、運転者のシフトレバー及びクラッチペダルの操作とＥＶ走行とを違和感なく結びつけ、運転者の意図を適切に駆動力制御に反映させることができる。

（変形例１）
上述の説明では、ＥＣＵ１０は、シフトポジションがニュートラルであって、かつ、クラッチペダルがＯＦＦの場合に、運転者操作に基づくＥＶ走行を開始した。しかし、本発明が適用可能な方法はこれに限定されない。例えば、ＥＣＵ１０は、上述の条件に加えて、シフトポジションがニュートラルかつクラッチペダルがＯＦＦの状態が所定時間幅継続した場合に、運転者操作に基づくＥＶ走行を開始してもよい。所定時間幅は、実験等により適切な値に設定される。

これにより、ダブルクラッチ等の操作によりシフトポジションがニュートラルでかつクラッチペダルがＯＦＦの状態になった場合に、運転者の意に反して運転者操作に基づくＥＶ走行を開始するのを防ぐことができる。

（変形例２）
ＥＣＵ１０は、第１実施形態または変形例１の条件に加えて、エンジン水温が所定温度以上である場合のみ、運転者操作に基づくＥＶ走行を開始してもよい。所定温度は、例えば、エンジン１を暖機する必要がないエンジン水温の下限値に実験等に基づき設定される。このように、ＥＣＵ１０は、エンジン水温が低温の場合には、エンジン１を継続して稼働させることで、エンジン１を速やかに暖機し、エミッション及び燃費を改善することができる。

（変形例３）
ＥＣＵ１０は、第１実施形態または変形例１若しくは変形例２の条件に加えて、バッテリ６の充電残容量（ＳＯＣ；ＳｔａｔｅｏｆＣｈａｒｇｅ）が所定残量以上の場合のみ、運転者操作に基づくＥＶ走行を開始してもよい。所定残量は、実験等により適切な値に設定される。

一般に、ＳＯＣが低い場合には、モータＭＧの出力が低下する。よって、ＥＣＵ１０は、ＳＯＣが低いときに運転者操作に基づくＥＶ走行を実行した場合には、短時間でエンジン１を再起動することになる。従って、ＥＣＵ１０は、ＳＯＣが所定残量以上の場合のみ運転者操作に基づくＥＶ走行を開始することで、エンジン１の停止及び起動のビジー感を抑制することができる。

（変形例４）
ＥＣＵ１０は、第１実施形態または変形例１乃至３に代えて、またはこれに加えて、運転者がＥＶ走行中にクラッチペダルをＯＮにした場合には、エンジン１を起動してもよい。即ち、この場合、ＥＣＵ１０は、ＥＶ走行からエンジン１を駆動力とした走行（エンジン走行）へ切り替える。これにより、ＥＶ走行ではハイブリッド車両１００の駆動力が足りないと運転者が判断し、運転者がクラッチペダルをＯＮにし、シフトレバーを操作した場合に、ＥＣＵ１０は、速やかにエンジン１の出力を発生させることができる。

（変形例５）
ＥＣＵ１０は、変形例４に加えて、車速が所定値以上の場合には、スタータモータ８を使用せずにエンジン１を押しがけにしてもよい。所定値は、例えば実験等により適切な値に設定される。

具体的には、ＥＶ走行中に運転者がクラッチペダルをＯＮにして任意のシフトポジションを選択した後、クラッチペダルがＯＦＦになりクラッチ７が接続する。この結果、ドライブシャフト３ａとエンジン１との間で動力伝達が可能になり、ドライブシャフト３ａの動力によりエンジン１が起動される。このように、変形例５では、ＥＣＵ１０は、スタータモータ８の使用頻度を減らし、スタータモータ８の長寿命化を実現することができる。

［第２実施形態］
第１実施形態では、ＥＣＵ１０は、シフトポジションがニュートラルとなり、クラッチペダルがＯＦＦの場合に、運転者操作に基づくＥＶ走行を開始した。一方、第２実施形態では、ＥＣＵ１０は、ＥＶ走行が可能な走行条件の場合には、その旨を運転者に通知（表示）することで運転者操作に基づくＥＶ走行を運転者に促す。これにより、ＥＣＵ１０は、運転者操作に基づくＥＶ走行を実行するタイミングを運転者が自ら判断しかねる場合に、運転者にその判断を容易にさせる。その結果、ＥＣＵ１０は、積極的にエンジン１を停止させ、燃費を向上させる。以下、第２実施形態について具体的に説明する。

まず、第２実施形態の構成について説明する。第２実施形態では、ハイブリッド車両１００は、図１に示す構成に加え、ＥＶ走行が可能である旨を通知するためのインジケータ（以後、「ＥＶ走行推奨インジケータ」と呼ぶ。）を備える。ＥＶ走行推奨インジケータは、例えばＬＥＤ表示またはモニタ表示である。以下の説明では、一例として、ＥＶ走行推奨インジケータは、ＬＥＤ表示であるとする。

次に、第２実施形態でＥＣＵ１０が実行する制御について説明する。まず、ＥＣＵ１０は、ＥＶ走行可能な走行条件であるか否か判断する。ＥＣＵ１０は、例えば現在の車速とアクセル開度に基づく要求駆動力とに基づき、ＥＶ走行可能な走行条件であるか否か判断する。このとき、例えば、ＥＣＵ１０は、ＥＶ走行が可能な範囲と、これに対応する適切な車速及びアクセル開度とのマップ等を予めメモリに保持し、これに基づきＥＶ走行可能か否かを判断する。

そして、ＥＶ走行可能な走行条件であると判断した場合、ＥＣＵ１０は、ＥＶ走行推奨インジケータを点灯させる。これにより、ＥＣＵ１０は、運転者に対し、ＥＶ走行を促すことができる。

一方、ＥＶ走行可能な走行条件ではないと判断した場合、ＥＣＵ１０は、ＥＶ走行推奨インジケータを消灯させる。このとき、ＥＣＵ１０は、走行条件から好ましいシフトポジションをＥＶ走行推奨インジケータ又はその他のインジケータに表示してもよい。

（変形例１）
第２実施形態では、ＥＣＵ１０は、ＥＶ走行可能な走行条件の時には、ＥＶ走行推奨インジケータを点灯させ、運転者操作に基づくＥＶ走行を運転者に促した。これに代えて、または、これに加え、ＥＣＵ１０は、走行中に図示しないブレーキスイッチがＯＮの場合、ＥＶ走行推奨インジケータを点灯させてもよい。即ち、ＥＣＵ１０は、制動時であると判断した場合にはＥＶ走行推奨インジケータを点灯させることで、運転者にシフトポジションをニュートラルに操作させる。これにより、エンジン１とドライブシャフト３ａとが切り離されるため、ＥＣＵ１０は、制動時のエネルギーを効率的に回生することができる。

（変形例２）
第２実施形態又は変形例１の制御に加え、ＥＣＵ１０は、運転者操作に基づくＥＶ走行中では、ＳＯＣと車速に基づき運転者操作に基づくＥＶ走行が可能な時間（以後、「ＥＶ走行可能時間」と呼ぶ。）を算出し、運転者に表示してもよい。具体的には、ＥＣＵ１０は、実験的又は理論的に算出したマップ又は式に基づき、ＳＯＣと車速とに基づきＥＶ走行可能時間を算出する。そして、ＥＣＵ１０は、算出したＥＶ走行可能時間を、ハイブリッド車両１００に付属するモニタ等に表示する。

このようにすることで、運転者は、エンジン走行とＥＶ走行との切替タイミングを適切に把握することができる。従って、ＥＣＵ１０は、エンジン走行とＥＶ走行とが突然切り替わるなどの違和感を運転者に与えることを防ぐことができる。

なお、上述の説明では、ＥＣＵ１０は、ＥＶ走行可能時間を表示したが、これに代えて、ＥＶ走行が可能な距離をモニタ等に表示してもよい。

（変形例３）
変形例２の制御に代えて、または加えて、ＥＣＵ１０は、ＳＯＣの低下に伴いモータＭＧの出力を徐々に低下させてもよい。これにより、ＥＣＵ１０は、ＳＯＣの低下を運転者に体感させることができる。この場合、ＥＣＵ１０は、ＳＯＣに基づき適当なタイミングでエンジン１を起動しエンジン走行を開始する。これにより、ＥＣＵ１０は、極度なＳＯＣの低下や、これに伴う急激な出力低下を回避することができる。

（変形例４）
上述の第２実施形態または変形例１乃至３の制御に加え、ＥＣＵ１０は、運転者操作に基づくＥＶ走行中では、車速が所定速度以下のときにはモータＭＧの出力をゼロにしてもよい。所定速度は、例えば停止しているとみなすことができる速度に設定される。

このようにすることで、ハイブリッド車両１００の停止中かつシフトポジションがニュートラルの場合に、誤操作により運転者がアクセルペダルを踏んだときであっても、ＥＣＵ１０は、ハイブリッド車両１００が発進するのを防ぐことができる。

（変形例５）
上述の第２実施形態または変形例１乃至４の制御に加え、ＥＣＵ１０は、エンジン１の起動中と停止中とで、モータＭＧの出力特性を変えてもよい。これにより、ＥＣＵ１０は、エネルギー効率を向上させて燃費を向上させる。

これについて具体例を以下に示す。エンジン１の起動中では、ＥＣＵ１０は、エンジン１の出力をモータＭＧの出力よりも優先する。即ち、この場合、ＥＣＵ１０は、アクセル開度に基づく要求駆動力に対するエンジン１の出力の不足分のみをモータＭＧの出力とする。

一方、運転者操作に基づくＥＶ走行時では、ＥＣＵ１０は、要求駆動力を全てモータＭＧの出力で補う。なお、運転者が運転者操作に基づくＥＶ走行時に駆動力不足と判断し、クラッチペダルをＯＮにし、シフトポジションを変更した場合には、ＥＣＵ１０は、エンジン１を起動させてもよい。さらに、シフトポジションがニュートラルでエンジン１がアイドリング状態の場合には、ＥＣＵ１０は、モータＭＧの出力を常にゼロにしてもよい。この場合、ＥＣＵ１０は、必要に応じて回生制御を行う。

１エンジン（内燃機関）
２減速機
３駆動輪
３ａドライブシャフト
５インバータ
６バッテリ
７クラッチ
８スタータモータ
９手動変速機
１０ＥＣＵ
ＭＧモータ
１００ハイブリッド車両

Claims

エンジンと、
手動変速機と、
前記エンジンと前記手動変速機との間の動力伝達の接続及び分離を行うクラッチと、
前記手動変速機の出力軸に直結されたモータと、
前記クラッチの断続を運転者が制御するためのクラッチペダルと、
前記手動変速機の各変速段を選択するシフトレバーの位置がニュートラルであって、かつ、前記クラッチペダルが踏み込まれていない場合、前記エンジンを停止し、ＥＶ走行を開始する制御手段と、
を備えることを特徴とするハイブリッド車両の制御装置。
前記制御手段は、ＥＶ走行中に前記クラッチペダルが踏み込まれた場合、前記エンジンを起動させる請求項１に記載のハイブリッド車両の制御装置。