JP2011213292A - ハイブリッド車 - Google Patents

Abstract

【課題】モータ単独走行中におけるエンジン始動時のショックを低減させる。
【解決手段】トルクコンバータと変速機を介して前車軸に接続されたエンジンと、後車軸に接続された第１のモータジェネレータとを備え、第１のモータジェネレータにより駆動するモータ単独走行と第１のモータジェネレータ及びエンジンを併用して駆動する併用走行とが可能なハイブリッド車であって、モータ単独走行から併用走行への切り換え時において（S40）、前輪とエンジンとの間でトルクを伝達させながらエンジンを始動させ、エンジンの回転速度に基づいて第１のモータジェネレータの出力トルクを補正制御して（S80、S90）、エンジンの吹き上がりに伴うトルク変動を吸収する。
【選択図】図２

Description

本発明は、ハイブリッド車におけるエンジン始動時の制御技術に関する。

近年、低燃費及び低排ガスを図るため、ハイブリッド車が開発されている。ハイブリッド車は、エンジン及び電気モータを備え、エンジンによって発電機を駆動し、発電した電力をバッテリに蓄電するとともに、必要に応じてバッテリから電力を供給して電気モータを回転駆動し、車両を走行可能としている。ハイブリッド車は各種方式が開発されているが、エンジンにより駆動される駆動軸を電気モータによっても駆動可能とすることで、電気モータによる単独走行とエンジン及び電気モータを同時に併用して駆動する併用走行とを切り換えて走行可能なハイブリッド車が近年増加している。

このようにエンジン及び電気モータによる併用走行が可能なハイブリッド車では、モータによる単独走行時に、加速要求またはバッテリの充電量低下により併用走行に切り換えるべく、エンジンが自動的に始動する場合がある。このような場合には、エンジンの始動時の意図しない吹き上がりによりショックが発生し、乗員に不快感を与える虞がある。
そこで、このようなモータによる単独走行時にエンジンが始動した場合、エンジンの運転状態に基づいて電気モータの出力トルクを制御し、ショックを吸収させる技術が開発されている（特許文献１参照）。

特許第３８５２３４５号公報

しかしながら、上記のようにエンジン及び電気モータの双方で駆動可能なハイブリッド車において、エンジンと駆動軸との間にトルクコンバータが備えられている場合には、エンジン始動時におけるショックがトルクコンバータで増幅されて車両に伝達されショックにバラツキが生じる場合がある。したがって、上記特許文献１のようなモータの出力トルク制御をタイミングよく行うことが困難となり、ショックを十分に低減することが不可能となったり、上記特許文献１のようにエンジンに電気モータが直に接続されている場合には過剰な制御により逆にショックが増幅されたりする虞がある。

本発明はこのような問題を解決するためになされたもので、モータによる単独走行時にエンジンが始動した場合に、ショックを十分かつ確実に低減可能なハイブリッド車を提供することにある。

上記目的を達成するため、請求項１のハイブリッド車は、第１の車軸にトルクコンバータと変速機を介して接続されるエンジンと、エンジンから独立した第２の車軸に接続されるモータジェネレータと、を備え、少なくともモータジェネレータにより駆動するモータ単独走行とモータジェネレータ及びエンジンにより駆動する併用走行とが可能であって、車両の運転状態に応じてモータ単独走行と併用走行とを切り換えるハイブリッド車であって、モータ単独走行から併用走行への切り換え時において、第１の車軸とエンジンとの間で出力を伝達させながらエンジンを始動させ、エンジンの吹き上がりに伴うエンジンから第１の車軸に伝達する出力変動を吸収するように、モータジェネレータの出力を制御する制御手段と、を備えたことを特徴とする。

また、請求項２のハイブリッド車は、請求項１において、制御手段は、エンジンの始動時におけるエンジン回転速度とトルクコンバータの伝達率と変速機の変速比とに基づいてモータジェネレータの出力を制御することを特徴とする。
また、請求項３のハイブリッド車は、請求項１または２において、制御手段は、モータ単独走行時では変速機の変速比を高速段側に設定し、エンジン始動時に車速に応じて変速比を設定することを特徴とする。

また、請求項４のハイブリッド車は、請求項１〜３のいずれかにおいて、トルクコンバータと第１の車軸との間にはクラッチが備えられ、制御手段は、モータ単独走行時ではクラッチを切断する一方、モータ単独走行時から併用走行への切り換え時に、エンジンの始動前にクラッチを接続することを特徴とする。

本発明の請求項１のハイブリッド車によれば、モータ単独走行から併用走行への切り換え時に、エンジンを始動させたときの吹き上がりに伴う出力変動をモータジェネレータの出力を制御して吸収するので、エンジンの吹き上がりによる車両のショックを低減させることができる。例えばエンジンの吹き上がりが少ない場合にはモータジェネレータの出力を増加させることで、車両の減速感を防止させることができる。エンジンの吹き上がりが過剰である場合にはモータジェネレータの出力を減少させることで、車両の突き出し感を抑制させることができる。

特に、モータジェネレータはエンジンと異なる車軸を駆動するので、エンジンとモータジェネレータとの間に車体及び走行路面を介しており、モータジェネレータとエンジンとの間で出力挙動が穏やかに伝達される。したがって、モータジェネレータの出力制御に若干のずれが生じても、この制御のずれを車体及び走行路面で吸収し、ショックを確実に抑制することができる。

また、第１の車軸とエンジンとの間で出力を伝達させながらエンジンを始動させるので、トルクコンバータが回転した状態でエンジンを始動させることになり、始動負荷を低減させ、始動用の燃料を低減させることができる。
また、請求項２の発明では、エンジン始動時にモータジェネレータの出力を制御する際に、エンジン回転速度だけでなく、トルクコンバータの伝達率や変速機の変速比を考慮するので、モータジェネレータの出力を正確に制御することができる。また、モータジェネレータの余分な出力発生を抑制することができるので、電力消費を抑えることができる。

また、請求項３では、モータ単独走行時においては、変速比が高速段側に設定されるので、第１の車軸の回転に伴って回転するエンジン側の回転速度が抑制され、モータジェネレータの消費電力を抑制することができる。また、エンジン始動時に車速に応じて変速比を設定するので、始動時においてエンジンを適切な回転速度に設定することができ、始動性を向上させることができる。

また、請求項４では、モータ単独走行時ではクラッチが切断されるので、第１の車軸の回転に伴ってエンジンが回転せずに、モータジェネレータの消費電力を更に抑制することができる。

本発明に係るハイブリッド車の実施形態の概略構成図である。 減速制御手順を示すフローチャートである。 エンジン始動時に回転速度が標準回転速度より高い場合での車両駆動トルク、各駆動源の出力トルク、エンジン回転速度、及び車速の推移の一例を示すグラフである。 エンジン始動時に回転速度が標準回転速度より低い場合での車両駆動トルク、各駆動源の出力トルク、エンジン回転速度、及び車速の推移の一例を示すグラフである。

以下、図面に基づき本発明の実施形態について説明する。
図１は、本発明に係るハイブリッド車両の概略構成図である。
図１に示すように、本実施形態のハイブリッド車両（以下、単に車両１という）は、走行駆動源としてエンジン２及び第１のモータジェネレータ３（本発明のモータジェネレータ）を備えている。エンジン２は、トルクコンバータ４、変速機５、差動装置６を介して前輪７の車軸８（第１の車軸）に動力を伝達可能に構成されている。第１のモータジェネレータ３は差動装置１０を介して後輪１１の車軸１２（第２の車軸）に動力を伝達可能に構成されている。即ち、車両１は、エンジン２にて前輪７を駆動し、第１のモータジェネレータ３にて後輪１１を駆動する４輪駆動式のパラレル型ハイブリッド車である。

変速機５は、ＣＶＴ(無段変速機)が採用されている。トルクコンバータ４は変速機５の最前段に配置されており、その入力軸がエンジン２の出力軸に接続されている。
第１のモータジェネレータ３は、ＭＣＵ(モータコントロールユニット)２０に内蔵されたインバータ（ＩＮＶ）２１を介してバッテリ２２に接続され、バッテリ２２から電力を供給されて駆動する。エンジン２には第２のモータジェネレータ２３が設けられており、第２のモータジェネレータ２３は、エンジン２により駆動されて発電する機能と、エンジン２を始動させるスタータモータとしての機能を有している。第２のモータジェネレータ２３は、ＭＣＵ２０に内蔵されたインバータ（ＩＮＶ）２４を介してバッテリ２２に接続されており、第２のモータジェネレータ２３によって発電された電力がバッテリ２２に供給され、バッテリ２２を充電可能となっている。

ＭＣＵ２０は、ＢＣＵ（バッテリコントロールユニット）２５とともにＨＥＶ-ＥＣＵ（ハイブリッド車総合コントロールユニット）２６に接続されている。ＨＥＶ-ＥＣＵ２６はＭＣＵ２０及びＢＣＵ２５を制御して、バッテリ２２から第１のモータジェネレータ３、第２のモータジェネレータ２３への電力供給、及び第１のモータジェネレータ３、第２のモータジェネレータ２３からバッテリ２２への充電を制御する。

ＨＥＶ-ＥＣＵ２６は、更に、ＥＮＧ-ＥＣＵ（エンジンコントロールユニット）２７に接続されており、エンジン２の回転速度等の運転情報を入力するとともに、エンジン運転を制御する機能を有している。
車両１には、車速を検出する車速センサ２８が備えられており、その出力値はＨＥＶ-ＥＣＵ２６に入力される。

本実施形態では、特に、ＨＥＶ-ＥＣＵ２６は、第１のモータジェネレータ３による単独走行中にエンジン２が始動する走行中始動モードにおいて、前輪７の車軸８とエンジンと２の間でトルクを伝達させながらエンジン２を始動させ、第１のモータジェネレータ３の出力トルクを補正制御する。
以下、図２を用いて走行中始動モードにおける第１のモータジェネレータ３の出力トルクの補正制御について説明する。

図２は、走行中始動モードにおける第１のモータジェネレータ３の駆動制御手順を示すフローチャートである。
本ルーチンは、車両電源ＯＮ時に繰り返し実行される。
まず、ステップＳ１０では、ＥＮＧ-ＥＣＵ２７より現在のエンジン回転速度Ｎeを入力する。そして、ステップＳ２０に進む。

ステップＳ２０では、車速センサ２８から現在の車速Ｖを入力する。そして、ステップＳ３０に進む。
ステップＳ３０では、ステップＳ２０で入力した車速Ｖから、変速装置５の変速比及び差動装置６の減速比に基づきトルクコンバータ４の出力軸の回転速度Ｎoutを演算する。そして、ステップＳ４０に進む。

ステップＳ４０では、走行中始動モードであるか否かを判別する。走行中始動モードである場合には、ステップＳ５０に進む。
ステップＳ５０では、次式（１）のように、エンジン２の標準回転速度ＮestdからステップＳ１０において入力したエンジン回転速度Ｎeを減算し、回転速度差ΔＮeを求める。
ΔＮe＝Ｎestd−Ｎe・・・（１）
エンジンの標準回転速度Ｎestdは、エンジン始動時の吹き上がりにより上昇するエンジン回転速度の標準値であり、あらかじめマップに記憶されている。そして、ステップＳ６０に進む。

ステップＳ６０では、ステップＳ５０で演算した回転速度差ΔＮeとステップＳ３０で演算したトルクコンバータ４の出力軸の回転速度Ｎoutとに基づいて、次式（２）に示すように、トルクコンバータ４の入力軸と出力軸とのトルク差ΔＴＱを求める。
ΔＴＱ＝ｋ×ΔＮe／Ｎout・・・（２）
但し、ｋはトルクコンバータ４の伝達効率を含む係数である。そして、ステップＳ７０に進む。

ステップＳ７０では、次式（３）に示すように、ステップＳ６０で求めたトルク差ΔＴＱにＣＶＴレシオ（変速機５の変速比及び差動装置６の減速比の積算値）Ｒを積算して、第１のモータジェネレータ３におけるトルク補正量ΔＴＱａを演算する。
ΔＴＱａ＝ΔＴＱ×Ｒ・・・（３）
そして、ステップＳ８０に進む。

ステップＳ８０では、次式（４）に示すように、アクセル操作等に基づいて設定された第１のモータジェネレータ３の走行用設定トルク値ＴＱarunに、ステップＳ７０で演算したトルク補正量ΔＴＱａを加算して、補正後の第１のモータジェネレータ３の走行用設定トルク値ＴＱａを演算する。
ＴＱａ＝ＴＱａrun＋ΔＴＱａ・・・（４）
そして、ステップＳ９０に進む。

ステップＳ９０では、ステップＳ８０で演算した走行用設定トルク値ＴＱａが得られるように第１のモータジェネレータ３を駆動させる。そして、本ルーチンをリターンする。
ステップＳ４０で走行中始動モードでないと判定された場合には、ステップＳ１００に進む。
ステップＳ１００では、走行中始動モード以外のモード（例えば、モータ単独走行モード）で第１のモータジェネレータ３を駆動する。そして、本ルーチンを終了する。

以上のように制御することで、本実施形態では、走行中始動モードにおいて、エンジン始動におけるエンジン回転速度の吹き上がりの程度、詳しくは通常の吹き上がり時の回転速度である標準回転速度Ｎestdと実際のエンジン回転速度Ｎeとの差ΔＮeに応じて、第１のモータジェネレータ３の出力トルクを補正制御する。
図３及び図４は、走行中始動モードにおける車両駆動トルク、エンジントルク、第１のモータジェネレータ３の出力トルクＴＱａ、第２のモータジェネレータ２３の出力トルク、エンジン回転速度Ｎe、及び車速Ｖの推移の一例を示し、図３はエンジン始動時に回転速度Ｎeが標準回転速度Ｎestdより高い場合、図４はエンジン始動時に回転速度Ｎeが標準回転速度Ｎestdより低い場合を示す。

図３に示すように、エンジン始動時に回転速度Ｎeが標準回転速度Ｎestdより高く吹き上がった場合には、第１のモータジェネレータ３の出力トルクＴＱａをアクセル操作等に基づいて設定された基準値である走行用設定トルク値ＴＱarunより減少するように補正する。これにより、第１のモータジェネレータ３により車両１にブレーキングをかけるようになり、エンジン２による駆動トルクと第１のモータジェネレータ３による駆動トルクを合わせた車両駆動トルクは、エンジン始動時に相殺され、吹き上がりによるショックを低減させることができる。

また、図４に示すように、エンジン始動時に回転速度Ｎeが標準回転速度Ｎestdより低い場合には、第１のモータジェネレータ３の出力トルクＴＱａを走行用設定トルク値ＴＱarunより増加するように補正する。これにより、第１のモータジェネレータ３により車両１を更に加速させるように車両駆動トルクが増加して、加速不足を解消させる。
本実施形態では、エンジン２が前輪７を駆動し、第１のモータジェネレータ３が後輪を駆動することから、エンジン２と第１のモータジェネレータ３との間にトルクコンバータ４を含む車体を介しており、第１のモータジェネレータ３とエンジン２との間でトルク挙動が穏やかに伝達される。したがって、エンジン２の出力に対する第１のモータジェネレータ３のトルク補正制御に若干のずれが生じた場合、例えばエンジンの吹き上がりが過剰であるときに第１のモータジェネレータ３の出力トルクを減少させ過ぎた場合や、エンジン２の吹き上がりが不足しているときに第１のモータジェネレータ３の出力トルクを増加させ過ぎた場合に、これらの制御のずれを車体で吸収し、トルクショックを確実に抑制することができる。

更に、前輪７とエンジン２との間でトルクを伝達させながらエンジン２を始動させるので、トルクコンバータ４が回転した状態でエンジン２を始動させることになり、始動負荷を低減させ、始動用の燃料を低減させることができる。
また、エンジン２のトルク変動の吸収を、第２のモータジェネレータ２３ではなく、走行用駆動源の１つである第１のモータジェネレータ３で行なうので、エンジン２のトルク変動が大きくとも十分に吸収させることが可能となる。一方、第２のモータジェネレータ２３は、スタータモータ及びバッテリ充電用の発電機としての機能のみでよいので、容量を大きくさせる必要がなく、コストや機器スペースの増加を抑えることができる。

また、ステップＳ６０において、トルクコンバータ４の伝達効率を積算し、ステップＳ７０においてＣＶＴレシオＲを積算しているので、トルクコンバータ４の伝達効率、変速機５の変速比及び差動装置の減速比を考慮してトルク補正量ΔＴＱａを正確に演算することができる。
更に、モータ単独走行時においては、変速機５の変速比を高速段側に設定するとよい。このようにすれば、前輪７の回転に伴って回転するエンジン２の回転速度が抑制され、第１のモータジェネレータ３の消費電力を抑制することができる。変速機５が電磁式の場合には、モータ単独走行時にエンジン２が回転しなくともよいが、変速機５が油圧制御の場合には、エンジン２により駆動される油圧ポンプにより変速機５の制御用油圧が確保できる程度に変速段を制御するとよい。そして、エンジン始動時に車速Ｖに応じて変速機５の変速比を設定すれば、始動時においてエンジン２の回転速度を適切に設定することができ、始動性を向上させることができる。

更に、モータ単独走行時では変速機５内のフォワードクラッチ３０（本発明のクラッチ）を切断し、始動直前にフォワードクラッチ３０を接続するように制御するとよい。これにより、モータ単独走行時では前輪７の回転に伴ってエンジン２が回転しなくなるので、第１のモータジェネレータ３の消費電力を更に抑制することができる。
なお、本発明は上述した一実施形態に限定されるものではなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲内で種々可変して実施しても構わない。例えば一実施形態では、エンジン始動時の回転速度Ｎeに応じて第１のモータジェネレータ３の出力トルクＴＱａを補正したが、第１のモータジェネレータ３の出力を制御しエンジン始動時の吹き上がりに対応すればよく、第１のモータジェネレータ３の回転速度を制御して対応しても良い。また、第１のモータジェネレータ３の出力トルクＴＱａと回転速度を共に制御しても良いことは言うまでもない。

１ 車両（ハイブリッド車）
２ エンジン
３ 第１のモータジェネレータ
４ トルクコンバータ
５ 変速機
１１ バッテリ
２６ ＨＥＶ−ＥＣＵ
２８ 車速センサ
３０ フォワードクラッチ

Claims (4)

1. 第１の車軸にトルクコンバータと変速機を介して接続されるエンジンと、
   前記エンジンから独立した第２の車軸に接続されるモータジェネレータと、を備え、
   少なくとも前記モータジェネレータにより駆動するモータ単独走行と前記モータジェネレータ及び前記エンジンにより駆動する併用走行とが可能であって、車両の運転状態に応じて前記モータ単独走行と併用走行とを切り換えるハイブリッド車であって、
   前記モータ単独走行から前記併用走行への切り換え時において、前記第１の車軸と前記エンジンとの間で出力を伝達させながら前記エンジンを始動させ、前記エンジンの吹き上がりに伴う前記エンジンから前記第１の車軸に伝達する出力変動を吸収するように、前記モータジェネレータの出力を制御する制御手段と、
   を備えたことを特徴とするハイブリッド車。
2. 前記制御手段は、前記エンジンの始動時における前記エンジン回転速度と前記トルクコンバータの伝達率と前記変速機の変速比とに基づいて前記モータジェネレータの出力を制御することを特徴とする請求項１に記載のハイブリッド車。
3. 前記制御手段は、前記モータ単独走行時では前記変速機の変速比を高速段側に設定し、前記エンジンの始動時に車速に応じて前記変速比を設定することを特徴とする請求項１または２に記載のハイブリッド車。
4. 前記トルクコンバータと前記第１の車軸との間にはクラッチが備えられ、
   前記制御手段は、前記モータ単独走行時では前記クラッチを切断する一方、前記モータ単独走行時から前記併用走行への切り換え時に、前記エンジンの始動前に前記クラッチを接続することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のハイブリッド車。

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