JP2012086781A - ハイブリット車両の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】アイドル回転数制御時において、負荷等によってエンジン回転数が低下してエンストしないように回転数制御する場合でもエンジン回転が吹け上がり気味となることを防止することができるハイブリッド車両の制御装置を提供する。
【解決手段】アイドル運転時に、エンジン１の回転駆動によるアイドル回転数制御の要求が有ると判定された場合に、統合コントローラ２０は、エンジン１のアイドル回転数が正常なアイドル回転数範囲内では、フィードフォワード項を削除してフィードバック制御によってエンジン１によるアイドル回転数制御を実行し、このアイドル回転数制御を実行中に、エンジンのアイドル回転数が正常なアイドル回転数範囲を超えると、モータジェネレータ２に対して、正常なアイドル回転数範囲を超えた分の回転偏差を補正するような補正モータトルク指令値を出しながら補正回転数制御を行う。
【選択図】図２

Description

本発明は、エンジン（内燃機関）及びモータが搭載され、これらエンジン及びモータの双方、又は一方を動力源として走行可能なハイブリッド車両の制御装置に関する。

エンジン（内燃機関）を駆動源とする通常の車両（以下、エンジン車両」という）においては、エンジンがアイドル状態で自動変速機の変速ポジション位置が走行レンジである停車時に、例えば、ブレーキ操作によってエンジンに対する変速機負荷が変動した場合等でもエンジンのアイドル回転数が目標アイドル回転数と一致するように、アイドル回転数制御が行われる（例えば、特許文献１参照）。

前記特許文献１の技術では、アイドル状態にあるエンジンが、例えば、ブレーキ操作によってエンジンに対する変速機負荷が変動することでエンジン回転数が低下してエンストしないように、アイドル回転数が目標アイドル回転数と一致するようにフィードバック制御し、かつフィードフォワード的に制御して、トルク容量を増加させるようにしている。

ところで、近年、駆動源として、ガソリン等の燃料をエネルギーとするエンジン（内燃機関）と、リチウムイオン電池等のバッテリ（二次電池）からの電力によって駆動されるモータとを備えたハイブリット車両が実用化されている。

上記のようなハイブリッド車両においては、例えば、エンジンとモータの２つを動力源として走行するHEV走行モード時に渋滞等で停車している場合、モータは所定のアイドル回転数で回転するアイドル状態となる。この際、エンジンは回転駆動停止状態にある。

そして、例えば、停車時間が長くなって、モータ駆動用のバッテリの充電状態が所定電力低下になった場合等においては、エンジンが回転駆動され、エンジンが所定のアイドリング回転数で回転するように回転制御される。この場合の回転制御としては、従来では前記特許文献１で述べたように、アイドル回転時に負荷等によってエンジン回転数が低下してエンストしないように、エンジンのアイドル回転数を目標アイドル回転数と一致させるようにフィードバック制御し、かつフィードフォワード的に制御して、トルク容量を増加させることが考えられる。

特開平１０−２２４６号公報

しかしながら、前記したようにエンジンのアイドル回転数制御をフィードフォワード的に制御してトルク容量を増加させると、応答速度が速いのでエンジン回転が吹け上がり気味となる。このため、アイドル回転していたエンジン回転数が急に高くなり、運転者に不快な思いをさせることがある。

そこで、本発明は、アイドル回転数制御時において、負荷等によってエンジン回転数が低下してエンストしないように回転数制御する場合でもエンジン回転が吹け上がり気味となることを防止することができる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。

前記目的を達成するために本発明に係るハイブリッド車両の制御装置は、駆動系に、エンジン及びモータを有し、前記エンジンの回転数を制御するエンジン回転数制御手段と、前記モータの回転数を制御するモータ回転数制御手段と、前記モータのみがアイドル回転数で回転駆動されるアイドル運転時に、前記モータによるアイドル回転数維持が困難となって前記エンジンの回転駆動によるアイドル回転数制御の要求が有るか否かを判定する判定手段とを備えている。

このハイブリット車両の制御装置において、アイドル運転時に前記判定手段が、前記エンジンの回転駆動によるアイドル回転数制御の要求が有ると判定した場合に、前記エンジン回転数制御手段は、前記エンジンのアイドル回転数が正常なアイドル回転数範囲内では、フィードフォワード項を削除してフィードバック制御によって前記エンジンによるアイドル回転数制御を実行し、前記エンジン回転数制御手段が前記アイドル回転数制御を実行中に、前記エンジンのアイドル回転数が前記正常なアイドル回転数範囲を超えると、前記モータ回転数制御手段は前記モータに対して、前記正常なアイドル回転数範囲を超えた分の回転偏差を補正するような補正モータトルク指令値を出しながら補正回転数制御を行う。

このような回転数制御を行うことによって、エンジンのアイドル回転数が正常なアイドル回転数範囲よりもエンスト発生の可能性のある低回転側に低下した場合でも、エンジン回転数制御手段が速い応答速度でアイドル回転数制御を実行することはなく、エンジン回転が吹け上がり気味となることを防止できる。

本発明の制御装置が適用された本実施形態に係るハイブリッド車両のパワートレイン系を示す構成図。 本実施形態に係るハイブリッド車両の制御装置としての制御システムを示す構成図。 本実施形態の統合コントローラの構成を示すブロック図。 （ａ）は、本実施形態の制御装システムで用いられる定常目標トルクマップを示す図、（ｂ）は、MGアシストトルクマップを示す図。 本実施形態の制御システムで用いられるエンジン始動停止線マップを示す図。 本実施形態の制御システムで用いられるバッテリSOCに対する走行中要求発電出力を示す特性図。 本実施形態の制御システムで用いられるエンジンの最良燃費線を示す特性図。 本実施形態の自動変速機における変速線の一例を示す変速マップ図。 本実施形態における、アイドル時のエンジンとモータジェネレータの回転数制御を示すフローチャート。 本実施形態における、モータジェネレータによる第２の回転数制御を実行するための制御系を示すブロック図。

以下、本発明のハイブリッド車両の制御装置を実現する最良の形態を、図面に示す実施形態に基づいて説明する。

まず、構成を説明する。図１は、本発明の制御装置が適用された本実施形態に係るハイブリッド車両のパワートレイン系を示す構成図である。以下、図１に基づきパワートレイン系の構成を説明する。

本実施形態に係る後輪駆動によるハイブリッド車両の駆動系には、図１に示すように、エンジン１と、モータジェネレータ２と、自動変速機３と、第１クラッチ４と、第２クラッチ５と、ディファレンシャルギア６と、駆動輪７，７（後輪タイヤ）とを備えている。

エンジン１は、その出力軸とモータジェネレータ２（略称MG）の入力軸とが、トルク容量可変の第１クラッチ４（略称CL1）を介して連結される。

モータジェネレータ２は、その出力軸と自動変速機３（略称AT）の入力軸とが連結される。

自動変速機３は、その出力軸にディファレンシャルギア６を介して駆動輪７，７が連結される。

第２クラッチ５（略称CL2）は、自動変速機３のシフト状態に応じて異なる変速機内の動力伝達を担っているトルク容量可変のクラッチ・ブレーキによる締結要素のうち、１つを用いている。これにより自動変速機３は、第１クラッチ４を介して入力されるエンジン１の動力とモータジェネレータ２から入力される動力を合成して、駆動輪７，７へ出力する。

第１クラッチ４と第２クラッチ５には、例えば、比例ソレノイドで油流量および油圧を連続的に制御できる湿式多板クラッチ等を用いることができる。

そして、このパワートレイン系には、エンジン１の回転数を検出するエンジン回転センサ１０と、モータジェネレータ２の回転数を検出するMG回転センサ１１と、自動変速機３の入力軸回転数を検出するAT入力回転センサ１２と、自動変速機３の出力軸回転数を検出するAT出力回転センサ１３とが設けられる。

上記した本実施形態のハイブリッド車両は、第１クラッチ４の締結・開放状態に応じて２つの走行モード(運転モード）を有する。

第１走行モードは、第１クラッチ４を開放状態として、モータジェネレータ２の動力のみを動力源として走行するEV走行モードである。第２走行モードは、第１クラッチ４を締結状態として、エンジン１とモータジェネレータ２の２つを動力源として走行するHEV走行モードである。

図２は、本実施形態に係るハイブリッド車両の制御装置としての制御システムを示す構成図である。以下、図２に基づいて制御システム構成を説明する。

本実施形態の制御システムは、図２に示すように、統合コントローラ２０と、エンジンコントローラ２１と、モータコントローラ２２と、インバータ８と、バッテリ９と、ソレノイドバルブ１４，１５と、SOCセンサ１６と、アクセル開度センサ１７とを備えている。

統合コントローラ２０は、前記パワートレイン系の動作点を統合制御する。この統合コントローラ２０では、アクセル開度APOとバッテリ充電状態SOCと、車速VSP（自動変速機３の出力軸回転数に比例）とに応じて、運転者が望む駆動力を実現できる走行モード(運転モード）を選択する。そして、モータコントローラ２２に目標MGトルクもしくは目標MG回転数を指令し、エンジンコントローラ２１に目標エンジントルクを指令し、ソレノイドバルブ１４，１５に駆動信号を指令する。

エンジンコントローラ２１は、エンジン１を制御する。モータコントローラ２２は、モータジェネレータ２を制御する。インバータ８は、モータジェネレータ２を駆動する。バッテリ９は、電気エネルギーを蓄える。ソレノイドバルブ１４は、第１クラッチ４の油圧を制御する。ソレノイドバルブ１５は、第２クラッチ５の油圧を制御する。SOCセンサ１６は、バッテリ９の充電状態（バッテリ充電状態SOC）を検出する。アクセル開度センサ１７は、アクセル開度(APO)を検出する。

図３は、統合コントローラ２０の構成を示すブロック図である。以下、図３に基づいて統合コントローラ２０の構成を説明する。

統合コントローラ２０は、図３に示すように、目標駆動トルク演算部３０と、モード選択部３１と、目標発電出力演算部３１と、動作点指令部３３と、変速制御部３４とを備えている。

目標駆動トルク演算部３０は、図４（ａ）に示す目標定常駆動トルクマップと、図４（ｂ）に示すMGアシストトルクマップを用いて、アクセル開度APOと車速VSPから、目標定常駆動トルクとMGアシストトルクを算出する。

モード選択部３１は、図５に示す車速毎のアクセル開度で設定されているエンジン始動停止線マップを用いて、走行モード（HEV走行モード、EV走行モード）を演算する。エンジン始動線とエンジン停止線は、エンジン始動線（SOC高、SOC低）とエンジン停止線（SOC高、SOC低）の特性に代表されるように、バッテリ充電状態SOCが低くなるにつれて、アクセル開度APOが小さくなる方向に低下する特性として設定されている。

ここで、エンジン始動処理は、EV走行モード状態で図５に示すエンジン始動線をアクセル開度APOが越えた時点で、第２クラッチ５を半クラッチ状態にスリップさせるように、第２クラッチ５のトルク容量を制御する。そして、第２クラッチ５がスリップ開始したと判断した後に第１クラッチ４の締結を開始してエンジン回転を上昇させる。エンジン回転が初爆可能な回転数に達成したらエンジン１を燃焼作動させ、モータ回転数とエンジン回転数が近くなったところで第１クラッチ４を完全に締結する。その後、第２クラッチ５をロックアップさせてHEV走行モードに遷移させる。

目標発電出力演算部３２は、図６に示す走行中発電要求出力マップを用いて、バッテリ充電状態SOCから目標発電出力を演算する。また、現在の動作点から図７で示す最良燃費線までエンジントルクを上げるために必要な出力を演算し、前記目標発電出力と比較して少ない出力を要求出力として、エンジン出力に加算する。

動作点指令部３３では、アクセル開度APOと目標定常トルク，MGアシストトルクと目標モードと車速VSPと要求発電出力とを入力する。そして、これらの入力情報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トルク容量と目標変速比とCL1ソレノイド電流指令を演算する。

変速制御部３４は、目標CL2トルク容量と目標変速比とから、これらを達成するように自動変速機３内のソレノイドバルブを駆動制御する。図８に変速制御で用いられる変速線マップの一例を示す。車速VSPとアクセル開度APOから現在の変速段から次変速段をいくつにするか判定し、変速要求があれば変速クラッチを制御して変速させる。

ところで、図１に示したハイブリッド車両が、例えば、HEV走行モード時に渋滞等で停車するとアイドル運転状態となり、モータジェネレータ２は、統合コントローラ２０（モータコントローラ２２、インバータ８）の制御によって所定のアイドル回転数で回転する。この際、エンジン１は燃料カットされており、かつ第１クラッチ４が締結状態にあるので、エンジン１はクランクが従属回転している状態である。

以下、例えば、HEV走行モード時に渋滞等で停車したアイドル運転時における、エンジン１又は／及びモータジェネレータ２の回転数制御を、図９のフローチャートを参照して説明する。なお、この回転数制御は、統合コントローラ２０（エンジンコントローラ２１、モータコントローラ２２、インバータ８）によって行われる。

例えば、HEV走行モード時に渋滞等で停車したアイドル運転時において、エンジン回転によるアイドル回転数制御の要求が有るか否かを判定手段である統合コントローラ２０で判定し（ステップＳ１）、エンジン回転によるアイドル回転数制御の要求がない場合（ステップＳ１：ＮＯ）はステップＳ２へ進み、エンジン回転によるアイドル回転数制御の要求が有る場合（ステップＳ１：ＹＥＳ）はステップＳ３へ進む。

ステップＳ１では、例えば、低温時又は高温時におけるバッテリ９やモータジェネレータ２の入出力電力制限時、高SOC又は低SOC等のバッテリ９の充放電量制限時などの要因によって、モータジェネレータ２によるアイドル回転数の維持が困難な場合に、エンジン１によるアイドル回転数制御を要求する。なお、ステップＳ１では、温度やSOCによるバッテリ９やモータジェネレータ２の入出力電力制限時を挙げたが、その他要因による電力制限時や電力制限時以外にも、モータジェネレータ２によるアイドル回転数維持が困難な要因がある場合にはそれらも含める。

ステップＳ２では、ステップＳ１でエンジン１によるアイドル回転数制御の要求がない場合に、モータジェネレータ２(MG)による回転数制御（以下、「第１の回転数制御」という）を行う。ステップＳ２でのモータジェネレータ２による第１の回転数制御では、目標モータ回転数と実回転数との回転数偏差を補正するような補正モータトルク指令値を算出し、算出したモータトルク指令値に基づいた回転制御を実行する。

ステップＳ３でのエンジン１によるアイドル回転数制御では、フィードフォワード項（以下、Ｆ／Ｆ項」という）を削除し、周知のフィードバック制御によって、アイドル回転数を目標アイドル回転数に一致させるような回転数制御を実行し、ステップＳ４へ進む。

ステップＳ３でのエンジン１によるアイドル回転数制御において、削除されるＦ／Ｆ項としては、回転数のばらつき補正量、学習した回転制御量の学習値等の、アイドル回転数制御のフィードバック補正量分以外に加算するトルク量である。

ステップＳ４では、ステップＳ３で回転制御されているエンジン１のアイドル回転数が、所定の下限回転数値（エンスト発生の可能性のある低回転領域）に低下したか否かを判定する。ステップＳ４において、電気的負荷等によってエンジン１のアイドル回転数が所定の下限回転数値以下に低下したと判定した場合（ステップＳ４：ＹＥＳ）、ステップＳ５へ進む。なお、ステップＳ４において、エンジン１のアイドル回転数が所定のアイドル回転数範囲内にある正常時の場合（ステップＳ４：ＮＯ）、ステップＳ３の前に戻る。

ステップＳ５では、ステップＳ３でのエンジン１によるアイドル回転数制御と、モータジェネレータ２(MG)による回転数制御（以下、「第２の回転数制御」という）とを実行する。

ステップＳ５でのモータジェネレータ２による第２の回転数制御は、ステップＳ２での第１の回転数制御とは異なり、エンジン１によるアイドル回転数制御の性能保障範囲を超えた場合に実行される。この性能保障範囲を超えた場合とは、エンジン１のアイドル回転数が所定の下限回転数値（エンスト発生の可能性のある低回転領域）以下に低下した場合である。

以下、ステップＳ５でのモータジェネレータ２(MG)による第２の回転数制御について詳細に説明する。図１０は、モータジェネレータ２による第２の回転数制御を実行するための制御系を示すブロック図である。

モータジェネレータ２による第２の回転数制御では、図１０に示すように、フィードバック（Ｆ／Ｂ）制御部Ａにて、最初にモータジェネレータ２の目標アイドル回転数に対してオフセット（不感帯）を設けるために、目標アイドル回転数と所定のオフセット定数を第１減算器４０に入力して、回転偏差を算出する。これは、エンジン１によるアイドル回転数制御との干渉を防止するためである。

そして、その回転偏差と実際のアイドル回転数（実回転数）を第２減算器４１に入力して、その回転偏差を算出する。そして、この回転偏差を比較器４１に入力して、この回転偏差が正であるかを判定する。即ち、モータジェネレータ２による第２の回転数制御は、エンジン回転数が低下したときのみに実行させるため、回転偏差が正のみ扱う。

そして演算部４３は、第２減算器４１で算出された回転偏差に基づいてＰ（比例）制御して比例ゲインを調整し、補正モータトルク指令値を出力する。

そして、演算部４３で得られた補正モータトルク指令値ａは、変化率制限器４４、切替器４５を介して加算器４６に入力される。このときは、変化率制限器４４で補正モータトルク指令値の変化率制限は行われない。なお、加算器４６には、フィードフォワード（Ｆ／Ｆ）制御で目標とするモータトルク（目標モータトルク）が入力される。
そして、加算器４６は、フィードフォワード（Ｆ／Ｆ）制御で目標とするモータトルク（目標モータトルク）に前記補正モータトルク指令値ａを加算し、補正した目標モータトルクを出しながらモータジェネレータ２を回転駆動制御する。

そして、ステップＳ６において、ステップＳ５の回転数制御の実行によってエンジン１によるアイドル回転数が所定のアイドル回転数範囲内に戻ったと判定された場合（ステップＳ６：ＹＥＳ）、ステップＳ７へ進んで、モータジェネレータ２(MG)による第２の回転数制御を停止（終了）する。なお、ステップＳ６において、エンジン１によるアイドル回転数が所定のアイドル回転数範囲内にまだ戻っていないと判定された場合（ステップＳ６：ＮＯ）、ステップＳ５の前へ戻る。

なお、ステップＳ７でモータジェネレータ２(MG)による第２の回転数制御が停止（終了）される直前においては、変化率制限器４４にＺ変換器４７から信号が入力されることで、補正モータトルク指令値を所定の変化率で減少させる。

切替器４５には、前記ステップＳ１でエンジン１によるアイドル回転数制御の要求が有る場合のみに切替ＯＮ信号が入力され（図１０の状態）、この場合に加算器４６側に補正モータトルク指令値ａが出力可能となる。

上記した本実施形態に係るハイブリッド車両の制御システム（制御装置）によれば、エンジン１によるアイドル回転数制御において、Ｆ／Ｆ項を削除し、周知のフィードバック制御によって、アイドル回転数を目標アイドル回転数に一致させるような回転数制御を実行し、エンジン１のアイドル回転数が正常なアイドル回転数範囲よりもエンスト発生の可能性のある低回転側に低下した場合には、その範囲を超える回転偏差については、モータジェネレータ２による第２の回転数制御を実行する（図１０のステップＳ３、Ｓ４、Ｓ５）。即ち、モータジェネレータ２による回転数制御は応答が速い。

これにより、エンジン１のアイドル回転数が正常なアイドル回転数範囲よりもエンスト発生の可能性のある低回転側に低下した場合でも、速い応答速度でエンジン１によるアイドル回転数制御を実行することはなく、エンジン回転が吹け上がり気味となることを防止できる。

また、エンジン１のアイドル回転数が正常なアイドル回転数範囲内にある場合は、モータジェネレータ２による第２の回転数制御を実行せず、エンジン１のアイドル回転数が正常なアイドル回転数範囲よりもエンスト発生の可能性のある低回転側に低下した場合のみ実行する。ことにより、所望の発電量を確保しつつ、連続的にアイドル回転数を維持することができる。

更に、モータジェネレータ２による第２の回転数制御が停止（終了）される直前においては、変化率制限器４４にＺ変換器４７から信号を入力させて、補正モータトルク指令値を所定の変化率で減少させることにより、モータジェネレータ２による回転数を維持しつつ、エンジン１によるアイドル回転数制御に安定して移行させることができる。

なお、前記した実施形態では、エンジンとモータの間にクラッチが介装された構成のハイブリット車両であったが、エンジンとモータの間にクラッチがなく、エンジンとモータの軸が直結された構成のハイブリット車両においても同様に本発明を適用することができる。

１ エンジン
２ モータジェネレータ
３ 自動変速機
４ 第１クラッチ
５ 第２クラッチ
６ ディファレンシャルギア
７ 駆動輪
８ インバータ
９ バッテリ
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
１４，１５ ソレノイドバルブ
１６ SOCセンサ
１７ アクセル開度センサ
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

Claims (3)

1. 駆動系に、エンジン及びモータを有し、
   前記エンジンの回転数を制御するエンジン回転数制御手段と、
   前記モータの回転数を制御するモータ回転数制御手段と、
   前記モータのみがアイドル回転数で回転駆動されるアイドル運転時に、前記モータによるアイドル回転数維持が困難となって前記エンジンの回転駆動によるアイドル回転数制御の要求が有るか否かを判定する判定手段と、を備えたハイブリット車両の制御装置において、
   前記アイドル運転時に前記判定手段が、前記エンジンの回転駆動によるアイドル回転数制御の要求が有ると判定した場合に、前記エンジン回転数制御手段は、前記エンジンのアイドル回転数が正常なアイドル回転数範囲内では、フィードフォワード項を削除してフィードバック制御によって前記エンジンによるアイドル回転数制御を実行し、
   前記エンジン回転数制御手段が前記アイドル回転数制御を実行中に、前記エンジンのアイドル回転数が前記正常なアイドル回転数範囲を超えると、前記モータ回転数制御手段は前記モータに対して、前記正常なアイドル回転数範囲を超えた分の回転偏差を補正するような補正モータトルク指令値を出しながら補正回転数制御を行うことを特徴とするハイブリット車両の制御装置。
2. 前記補正回転数制御は、前記正常なアイドル回転数範囲よりもエンスト発生の可能性のある低回転側に低下した場合のみ行われることを特徴とする請求項１に記載のハイブリット車両の制御装置。
3. 前記補正回転数制御を終了する直前においては、前記補正モータトルク補正値を所定の変化率で減少させることを特徴とする請求項１又は２に記載のハイブリット車両の制御装置。