JP2011207336A - ハイブリッド車両 - Google Patents

Abstract

【課題】ハイブリッド車両で効果的にガラ音を抑制する。
【解決手段】エンジン２２と、第１モータジェネレータ５１と、エンジン２２の出力軸と第１モータジェネレータ５１の回転軸とリングギヤ軸３２ａとを接続する遊星歯車装置３０と、その回転軸４８がリングギヤ軸３２ａと減速ギヤ３５を介して接続される第２モータジェネレータ５２と、バッテリ５０と、エンジン２２の始動停止を行う制御部７０と、を備えるハイブリッド車両１００であって、制御部７０は、全電動走行中に要求駆動動力とバッテリ５０の充放電量と車速に基づいて、エンジン２２を始動した際の第２モータジェネレータ５２の出力トルクを予測する第１の出力トルク予測手段と、第１の出力トルク予測手段によって予測した第２モータジェネレータ５２の予測出力トルクがゼロ近傍である場合にエンジン始動閾値を変更する。
【選択図】図１

Description

本発明は、ハイブリッド車両の構造に関する。

近年、エンジンとモータジェネレータとを組み合わせたハイブリッド車両が多く用いられるようになってきている。最近のハイブリッド車両では、遊星歯車機構のサンギヤ，キャリア，リングギヤに第１モータジェネレータ，エンジンのクランクシャフト，駆動軸を接続し、駆動軸に減速ギヤ（プラネタリギヤ）を介して第２モータジェネレータが接続されたものが提案されている。このハイブリッド車では、第２モータジェネレータから出力されるトルクが値０付近の状態にあるときにエンジンのトルク脈動が駆動軸側に伝達されると、減速ギヤで噛み合っているギヤ同士が振動して歯打ち音が生じる場合があるという問題があった。このため、第２モータジェネレータから出力するトルクが値０近傍になったら第２モータジェネレータの出力トルクを力行側又は回生側の何れかエンジン効率が良くなる方に変更して歯打ち音の発生を抑制することが提案されている（例えば、特許文献１参照）。

上記のようなハイブリッド車両では、エンジンを停止してモータジェネレータの駆動力で走行する全電動走行が行われ、バッテリの残存容量が低下した場合やアクセルペダルが踏み込まれて要求駆動動力が大きくなった場合にエンジンを始動して、エンジンとモータジェネレータの駆動力で走行するハイブリッド走行を行うことが多い。この場合、エンジンは間欠的に始動、停止を繰り返すこととなる。走行中にエンジンを始動する場合には、エンジンを始動させるためにモータジュネレータにトルクを負荷することが必要となるがこの負荷トルクを掛けた場合に第２モータジェネレータの出力トルクがゼロとなってしまい、エンジンのトルク脈動によって歯打ち音などの異音が生じる場合がある。このため、エンジン始動の際に第２モータジェネレータの出力トルクがゼロ近傍となると予測される場合には、エンジンの間欠運転を禁止する手段が提案されている（例えば、特許文献２参照）。

また、ハイブリッド車両では、走行モードの切り替えを行う場合に、エンジンが許容回転数以下の領域に入ったり、エンジンの騒音、振動が許容レベルを超えたりすると予測される場合には、エンジンを運転せずに全電動走行モードによって走行することが提案されている（例えば、特許文献３参照）。

特開２００８−１６２３９７号公報 特開２００６−２５７８９４号公報 特開２００９−０７３２２１号公報

しかし、特許文献１に記載されている従来技術では、車両の走行状態からエンジンの予測トルク、モータジェネレータの予測トルクなどを計算してからエンジン効率を計算し、その後、走行状態を切り換える指令を出力していたので、入力からエンジンの始動停止までの間に時間がかかってしまう場合があり、その間に歯打ち音やエンジンの騒音、振動などのガラ音が発生してしまう場合がある。また、特許文献２に記載されている従来技術では、所定トルクが一定時間継続するか否かでエンジンの間欠運転の停止の判断をしているので、判断に時間がかかり、その間にガラ音が発生してしまうことがあるという問題があった。

本発明のハイブリッド車両では、効果的にガラ音を抑制することを目的とする。

本発明のハイブリッド車両は、エンジンと、第１のモータジェネレータと、前記エンジンの出力軸と前記第１のモータジェネレータの入出力軸と車両駆動用動力出力軸とを接続する遊星歯車装置と、その入出力軸が前記車両駆動用動力出力軸とギヤを介して接続される第２のモータジェネレータと、前記各モータジェネレータとの間で電力の授受を行う蓄電装置と、前記エンジンの始動停止を行う制御部と、を備えるハイブリッド車両であって、前記制御部は、エンジンを停止して各モータジェネレータによって走行する全電動走行中に、少なくとも車両の要求駆動動力と蓄電装置の充放電量と車速とに基づいて、エンジンを始動した際の前記第２のモータジェネレータの出力トルクを予測する第１の出力トルク予測手段と、前記第１の出力トルク予測手段によって予測した第２モータジェネレータの第１の予測出力トルクがゼロ近傍である場合に、エンジンに要求する出力がその閾値以上となった際にエンジンが始動されるエンジン始動閾値を変更するエンジン始動閾値変更手段を有すること、を特徴とする。

本発明のハイブリッド車両において、前記制御部は、エンジンを駆動して走行中に、少なくとも車両の要求駆動動力と蓄電装置の充放電量と車速とに基づいて、エンジンの駆動を継続した際の前記第２のモータジェネレータの出力トルクとを予測する第２の出力トルク予測手段と、前記第２の出力トルク予測手段によって予測した第２モータジェネレータの第２の予測出力トルクがゼロ近傍である場合に、エンジンを停止して全電動走行に移行するエンジン停止手段と、を有することを特徴とする。

本発明のハイブリッド車両では、効果的にガラ音を抑制するこができるという効果を奏する。

本発明の実施形態におけるハイブリッド車両の構成を示す系統図である。 本発明の実施形態におけるハイブリッド車両の動作を示すフローチャートである。 本発明の実施形態におけるハイブリッド車両のエンジン始動閾値マップである。 本発明の実施形態におけるハイブリッド車両の他の動作を示すフローチャートである。 本発明の実施形態におけるハイブリッド車両の他の動作を示すフローチャートである。 本発明の実施形態におけるハイブリッド車両のガラ音発生予測マップである。

以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。図1に示すように、本実施形態のハイブリッド車両１００は、エンジン２２と、エンジン２２の出力軸としてのクランクシャフト２６にダンパ２８を介して接続された３軸式の遊星歯車装置３０と、遊星歯車装置３０に接続された第１モータジェネレータ（ＭＧ１）５１と、遊星歯車装置３０に接続された駆動軸としてのリングギヤ軸３２ａに取り付けられた減速ギヤ３５と、この減速ギヤ３５に接続された第２モータジェネレータ（ＭＧ２）５２と、充放電可能な二次電池であるバッテリ５０と、制御部７０とを備えている。

遊星歯車装置３０は、外歯歯車のサンギヤ３１と、このサンギヤ３１と同心円上に配置された内歯歯車のリングギヤ３２と、サンギヤ３１に噛合すると共にリングギヤ３２に噛合する複数のピニオンギヤ３３と、複数のピニオンギヤ３３を自転かつ公転自在に保持するキャリア３４とを備え、サンギヤ３１とリングギヤ３２とキャリア３４とを回転要素として差動作用を行なうよう構成されている。遊星歯車装置３０は、キャリア３４にはエンジン２２のクランクシャフト２６が、サンギヤ３１には第１モータジェネレータ５１が、リングギヤ３２には車両駆動用動力出力軸であるリングギヤ軸３２ａを介して減速ギヤ３５がそれぞれ連結されており、第１モータジェネレータ５１が発電機として機能するときにはキャリア３４から入力されるエンジン２２からの動力をサンギヤ３１側とリングギヤ３２側にそのギヤ比に応じて分配し、第１モータジェネレータ５１が電動機として機能するときにはキャリア３４から入力されるエンジン２２からの動力とサンギヤ３１から入力される第１モータジェネレータ５１からの動力を統合してリングギヤ３２側に出力する。リングギヤ３２に出力された動力は、リングギヤ軸３２ａからギヤ機構６０およびデファレンシャルギヤ６２を介して、車両の駆動輪６３ａ，６３ｂに出力される。

減速ギヤ３５は、第２モータジェネレータ５２の回転軸４８の回転数を減速してリングギヤ軸３２ａに伝達可能に構成されている。減速ギヤ３５は、外歯歯車のサンギヤ３６と、このサンギヤ３６と同心円上に配置された内歯歯車のリングギヤ３７と、サンギヤ３６に噛合すると共にリングギヤ３７に噛合する複数のピニオンギヤ３８と、複数のピニオンギヤ３８を自転かつ公転自在に保持するキャリア３９とを備える遊星歯車機構として構成されている。減速ギヤ３５のサンギヤ３６には第２モータジェネレータ５２の回転軸４８が、リングギヤ３７にはリングギヤ軸３２ａが接続されている。また、キャリア３９はケースに固定されており、その回転が禁止されている。

第１、第２モータジェネレータ５１，５２は、いずれも発電機として駆動することができると共に電動機として駆動できる周知の同期発電電動機として構成されており、第１、第２インバータ４１，４２を介してバッテリ５０と電力のやりとりを行なう。また、バッテリ５０と第１、第２インバータ４１，４２との間にはバッテリ５０の電圧を昇圧して各インバータ４１，４２に供給する昇圧コンバータ５３が接続されている。

制御部７０は、信号の処理を行うＣＰＵ７２と、処理プログラムを記憶するＲＯＭ７４と、データを一時的に記憶するＲＡＭ７６と、ガラ音発生予測マップ７８と、エンジン始動閾値マップ７９とを備えている。制御部７０には、イグニッションスイッチ８０からのイグニッション信号，シフトレバー８１の操作位置を検出するシフトポジションセンサ８２からのシフトポジションＳＰ，アクセルペダル８３の踏み込み量を検出するアクセルペダルポジションセンサ８４からのアクセル開度Ａｃｃ，ブレーキペダル８５の踏み込み量を検出するブレーキペダルポジションセンサ８６からのブレーキペダルポジションＢＰ，車速センサ８８からの車速Ｖなどが入力ポートを介して入力されている。また、エンジン、各インバータ４１，４２、昇圧コンバータ５３はそれぞれ制御部７０に接続され、制御部７０の指令で駆動するよう構成されている。エンジン２２に取り付けられているエンジン２２の回転数を検出するエンジン回転数センサ２４、各モータジェネレータ５１，５２に取り付けられている回転子位置検出センサ４３，４４は制御部７０に接続され、エンジン２２の回転数、各モータジェネレータ５１，５２の回転子の位置の各信号はそれぞれ制御部７０に入力されるよう構成されている。バッテリ５０は制御部７０に接続され、出力電圧、出力電流、温度等のデータが制御部７０に入力されるよう構成されている。

以上のように構成されたハイブリッド車両１００の制御部７０は、運転者によるアクセルペダル８３の踏み込み量に対応するアクセル開度Ａｃｃと車速Ｖとに基づいて駆動軸としてのリングギヤ軸３２ａに出力すべき要求トルクを計算し、この要求トルクに対応する要求動力がリングギヤ軸３２ａに出力されるように、エンジン２２と第１モータジェネレータ５１、第２モータジェネレータ５２とが運転制御される。エンジン２２と第１モータジェネレータ５１、第２モータジェネレータ５２の運転制御としては、要求駆動動力に応じてエンジン２２の出力と第２モータジェネレータ５２の出力によって車両を駆動するハイブリッド駆動と、エンジン２２を停止して、第２モータジェネレータ５２の出力或いは第１、第２モータジェネレータ５１，５２の出力で車両を走行させる全電動走行モードなどがある。

全電動走行中にはエンジン２２が停止しており、ハイブリッド車両１００はバッテリ５０から供給される電力によって各モータジェネレータ５１，５２を駆動して走行すると共に、減速の際には電力回生を行って各モータジェネレータ５１，５２で発電した電力をバッテリ５０に蓄電している。しかし、全電動走行中に、運転者によってアクセルが大きく踏み込まれた場合や、バッテリ５０の残存容量（ＳＯＣ）が低下した場合には、エンジン２２を始動して要求駆動動力を確保しようとする。

図２のステップＳ１０１に示すように、制御部７０は、アクセル開度Ａｃｃ，ブレーキペダルポジションＢＰ，車速Ｖを各センサ８４，８６，８８から取得する。そして、図２のステップＳ１０２に示すように、制御部７０は、アクセル開度Ａｃｃと車速Ｖとからリングギヤ軸３２ａに出力すべき要求駆動動力計算する。また、図２のステップＳ１０３に示すように、制御部７０は、バッテリ５０の電圧、電流、温度等からバッテリ５０の残存容量（ＳＯＣ）を計算し、図２のステップＳ１０４に示すようにバッテリ５０への充放電量を計算する。そして、図２のステップＳ１０５に示すように、制御部７０はアクセル開度Ａｃｃと車速Ｖとバッテリ５０の残存容量（ＳＯＣ）とからエンジン２２を始動した場合の第１、第２モータジェネレータ５１，５２、エンジン２２の各予測回転数、予測出力トルクを計算する。図２のステップＳ１０６に示すように、制御部７０は、エンジン２２を始動した際の第２モータジェネレータ５２の予測出力トルクがゼロ近傍となっているかどうかを判断する。

そして、エンジン２２を始動した際に、第２モータジェネレータ５２の予測出力トルクが略ゼロ近傍と判断される場合には、図２のステップＳ１０７に示すように、図３に示すエンジン始動閾値マップ７９の閾値曲線を当初の線ａから線ｂに上昇させる。図３に示すエンジン始動閾値マップ７９は、ある車速においてエンジン２２に対する要求パワーが閾値を示す線ａを超えた場合にエンジン２２を始動する指令が出力されるマップである。今、ハイブリッド車両１００が図３に示すようにある車速Ｖ₁で走行している場合に、エンジン２２への要求パワーが線ａとの交点にある出力Ｐｅ₁を超えない場合には、エンジン２２への要求パワーがあった場合でもエンジン２２は駆動されない。しかし、アクセルペダル８３が大きく踏み込まれた場合には、要求駆動動力が大きくなるので、エンジン要求パワーも大きくなる。そして、エンジン要求パワーがＰｅ₁を超えるとエンジン２２は始動する。ところが、この状態でエンジン２２を始動した場合には、エンジン２２を始動した後の第２モータジェネレータ５２の出力トルクがゼロ近傍となってしまい、図１に示す減速ギヤ３５の各ギヤ３６，３７，３８の間に力が掛からなくなる。すると、エンジン２２の回転変動によって各ギヤ３６，３７，３８の間で歯打ち音などのガラ音が発生してしまう。

本実施形態のハイブリッド車両１００では、図２のステップＳ１０６で制御部７０が第２モータジェネレータ５２の予測出力トルクがゼロ近傍となると判断した場合には、図２のステップＳ１０７に示すように図３に示すエンジン始動閾値マップ７９の閾値を示す線ａを線ｂのように上昇させる。このため、先に説明したのと同様の車速Ｖでハイブリッド車両１００が走行している場合であっても、エンジン要求パワーがＰｅ₁を超えてもエンジン２２は始動されず、ハイブリッド車両１００は全電動運転を継続する。

一方、図２のステップＳ１０６で制御部７０が第２モータジェネレータ５２の予測出力トルクがゼロ近傍とならないと判断した場合には、エンジン始動閾値マップ７９の変更を行わない。車速Ｖ₁でハイブリッド車両１００が走行している場合にはエンジン要求パワーがＰｅ₁を超えるとエンジン２２が始動され、ハイブリッド車両１００はエンジン２２と各モータジェネレータ５１，５２で駆動されるハイブリッド走行となる。

以上説明したように、本実施形態のハイブリッド車両１００では、エンジン２２を停止して走行している際にエンジン２２を始動すると第２モータジェネレータ５２の予測出力トルクがゼロ近傍になると判断した場合には即座にエンジン始動閾値を上昇させてエンジン２２が始動しないようにして歯打ち音等のガラ音の発生を効果的に抑制することが出来る。従って、制御が遅くなることによるガラ音の発生が抑制され、より効果的にガラ音の発生を抑制することができる。

次に図４を参照しながら、エンジン２２を駆動してハイブリッド走行をしている際の動作について説明する。先に図２、図３を参照して説明したのと同様の動作については説明を省略する。

図４のステップＳ２０１からＳ２０６に示すように、制御部７０は、先に説明した実施形態と同様、各センサ８４，８６，８８からの信号とバッテリ５０からの信号に基づいてエンジン２２の運転を継続した場合の各モータジェネレータ５１，５２、エンジン２２の各予測回転数、予測出力トルクを計算する。そして、エンジン２２の運転を継続した場合、第２モータジェネレータ５２の予測出力トルクがゼロ近傍となると予測された場合には、図４のステップＳ２０７に示すように、エンジン２２を停止する指令を出力する。これによってエンジン２２は停止し、ハイブリッド車両１００は全電動走行となる。また、本実施形態においては、エンジン停止指令を出力せずに、図３の線ｃに示すように、エンジン始動閾値マップ７９の閾値を示す線を下げることによってエンジン２２を停止させることとしてもよい。本実施形態は先に説明した実施形態と同様の効果を奏する。

図５、図６を参照しながら、本実施形態の他の動作について説明する。図１〜図３を参照して説明した実施形態と同様の部分については、説明を省略する。

図５に示すように、本実施形態も、先に説明した実施形態と同様に、図５のステップＳ３０１からＳ３０４に示すように、制御部７０は、各センサ８４，８６，８８からの信号とバッテリ５０からの信号に基づいて、予測要求駆動動力と、バッテリ５０への予測充放電量とを計算する。そして、制御部７０は、図５のステップＳ３０５に示すように、内部に格納しているガラ音発生予測マップ７８を参照して動作領域がガラ音発生領域となるかどうかを判断する。

図６にガラ音発生予測マップの一例を示す。ガラ音は、車速と要求駆動動力、バッテリの充放電量の３つの量による三次元のマップとして表される。例えば、車速がＶ₀一定の場合には、要求駆動動力が大きく、バッテリ５０の充放電要求がバッテリの放電方向となるほどガラ音が発生しやすくなる。図６の要求駆動動力がＰ₁で充放電要求がＥ₁の点ａと要求駆動動力がＰ₂でバッテリ５０の充放電要求がＥ₂の点ｂとを結ぶ線の上側のハッチングした領域がガラ音発生領域となる。また、要求駆動動力がＰ₀で一定の場合には、車速Ｖが大きいほどガラ音は発生しにくくなる。これは、車速Ｖが大きくなると他の騒音が大きくなることからガラ音が気にならなくなることによる。図６の車速Ｖ₁で充放電要求がＥ₁の点ｅと車速がＶ₂でバッテリ５０の充放電要求がＥ₂の点ｂとを結ぶ線の上側のハッチングした領域がガラ音発生領域となる。また、この中間の場合も、図６の要求駆動動力がＰ₃で充放電要求がＥ₁で車速がＶ₁の点ｃと要求駆動動力がＰ₃でバッテリ５０の充放電要求がＥ₂で車速がＶ₃の点ｄとを結ぶ線の上側のハッチングした領域がガラ音発生領域となる。このように、ガラ音の発生領域は、図６に示すようなマップとして制御部７０の中に格納されており、制御部７０は、車速Ｖ、要求駆動動力、バッテリ５０の予測充放電量を計算するのみで、各モータジェネレータ５１，５２、エンジン２２の各予測回転数、予測出力トルクを計算せずに図５のステップＳ３０７に示すように、図３のエンジン始動閾値を変更して、エンジン２２の始動を抑制し、ガラ音の発生を抑制することが出来る。このため、本実施形態は、他の実施形態に比べて制御部７０の応答時間を短縮することが出来、ガラ音の発生をより効果的に抑制することができる。なお、本実施形態でも図４を参照して説明したように、エンジン２２の運転中にガラ音発生予測マップ７８を用いてエンジン２２の運転を継続した場合に運転点かガラ音領域に入るかどうかを判断し、エンジン停止指令を出力するようにしてもよい。

２２ エンジン、２４ エンジン回転数センサ、２６ クランクシャフト、２８ ダンパ、３０ 遊星歯車装置、３１ サンギヤ、３２ リングギヤ、３２ａ リングギヤ軸、３３ ピニオンギヤ、３４ キャリア、３５ 減速ギヤ、３６ サンギヤ、３７ リングギヤ、３８ ピニオンギヤ、３９ キャリア、４１ 第１インバータ、４２ 第２インバータ、４３，４４ 回転子位置検出センサ、４８ 回転軸、５０ バッテリ、５１ 第１モータジェネレータ、５２ 第２モータジェネレータ、５３ 昇圧コンバータ、６０ ギヤ機構、６２ デファレンシャルギヤ、６３ａ，６３ｂ 駆動輪、７０ 制御部、７８ ガラ音発生予測マップ、７９ エンジン始動閾値マップ、８０ イグニッションスイッチ、８１ シフトレバー、８２ シフトポジションセンサ、８３ アクセルペダル、８４ アクセルペダルポジションセンサ、８５ ブレーキペダル、８６ ブレーキペダルポジションセンサ、８８ 車速センサ、１００ ハイブリッド車両。

Claims (2)

1. エンジンと、
   第１のモータジェネレータと、
   前記エンジンの出力軸と前記第１のモータジェネレータの入出力軸と車両駆動用動力出力軸とを接続する遊星歯車装置と、
   その入出力軸が前記車両駆動用動力出力軸とギヤを介して接続される第２のモータジェネレータと、
   前記各モータジェネレータとの間で電力の授受を行う蓄電装置と、
   前記エンジンの始動停止を行う制御部と、を備えるハイブリッド車両であって、
   前記制御部は、
   エンジンを停止して各モータジェネレータによって走行する全電動走行中に、少なくとも車両の要求駆動動力と蓄電装置の充放電量と車速とに基づいて、エンジンを始動した際の前記第２のモータジェネレータの出力トルクを予測する第１の出力トルク予測手段と、
   前記第１の出力トルク予測手段によって予測した第２モータジェネレータの第１の予測出力トルクがゼロ近傍である場合に、エンジンに要求する出力がその閾値以上となった際にエンジンが始動されるエンジン始動閾値を変更するエンジン始動閾値変更手段を有すること、
   を特徴とするハイブリッド車両。
2. 請求項１に記載のハイブリッド車両であって、
   前記制御部は、
   エンジンを駆動して走行中に、少なくとも車両の要求駆動動力と蓄電装置の充放電量と車速とに基づいて、エンジンの駆動を継続した際の前記第２のモータジェネレータの出力トルクとを予測する第２の出力トルク予測手段と、
   前記第２の出力トルク予測手段によって予測した第２モータジェネレータの第２の予測出力トルクがゼロ近傍である場合に、エンジンを停止して全電動走行に移行するエンジン停止手段と、を有することを特徴とするハイブリッド車両。

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