JP2012106514A - ハイブリッド車両のエンジン始動制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】エンジン始動時にエンジンがフリクションに対してトルクを十分に出力させることのできるハイブリッド車両のエンジン始動制御装置を提供する。
【解決手段】ハイブリッド駆動系の第１,第２クラッチ４,５とモータジェネレータ２とエンジン１とを制御する統合コントローラ２０と、バッテリ温度センサ４０２と、エンジン水温センサ４０１と、を備えたハイブリッド車両のエンジン始動制御装置６００であって、統合コントローラ２０は、バッテリ温度センサ４０２またはエンジン水温センサ４０１が検出する温度が所定の低温以下のとき、モータジェネレータ２の目標回転数を所定の低回転数に設定して前記エンジンを低回転で回転させた後に、その目標回転数を所定の高回転数に設定して前記エンジンを高回転させる際、前記エンジンの目標回転数をその高回転数より高い回転数に設定する。
【選択図】図２

Description

この発明は、エンジンとモータジェネレータの間に介装され且つトルク容量を連続的に変更可能な第１クラッチと、前記モータジェネレータと変速機との間に介装され且つトルク容量を連続的に変更可能な第２クラッチ等とでハイブリッド駆動系を構成したハイブリッド車両のエンジン始動制御装置に関する。

従来から、エンジン始動制御手段を備えたハイブリッド車両のエンジン始動制御装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。

かかるハイブリッド車両のエンジン始動制御装置は、ハイブリッド駆動系の第１,第２クラッチとモータジェネレータとエンジンとを制御するエンジン始動制御手段を有している。

ハイブリッド駆動系は、エンジンと、モータジェネレータと、前記エンジンとモータジェネレータの間に介装され且つトルク容量を連続的に変更可能な第１クラッチと、前記モータジェネレータと駆動輪との間に介装され且つ有段または無段階に変速比を変更する変速機と、前記モータジェネレータと変速機との間に介装され且つトルク容量を連続的に変更可能な第２クラッチとを有する。

エンジン始動制御手段は、エンジン始動時にモータ回転数をアイドル相当に上げた状態で第１クラッチを締結してエンジンを始動させている。

特開２００７−６９７８９号公報

しかしながら、従来のハイブリッド車両のエンジン始動制御装置にあっては、エンジン水温やバッテリ温度が低い場合、バッテリ出力やエンジン出力が低下したりするが、エンジンおよびモータジェネレータがアイドル相当で回転しているため、その回転数からではエンジン始動時にエンジンがフリクションに対して十分にトルクが出ているかどうかが分からなかった。このため、始動完了してから発電トルクと駆動力を入れるタイミングに、エンジントルクが十分出ていることを補償する安全マージンを考慮する必要があった。

この発明は、上記問題に着目してなされたもので、エンジン始動時にエンジンがフリクションに対してトルクが十分に出ていることを判定することのできるハイブリッド車両のエンジン始動制御装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため本発明は、エンジンとモータジェネレータとを有するハイブリッド駆動系において、前記モータジェネレータとエンジンとを制御する制御手段と、前記モータジェネレータに電力を供給するバッテリの温度を検出するバッテリ温度センサと、前記エンジンの水温を検出するエンジン水温センサと、を備えたハイブリッド車両のエンジン始動制御装置である。

前記制御手段は、エンジンを始動させる際、前記バッテリ温度センサまたはエンジン水温センサが検出する温度が所定の低温以下のとき、前記モータジェネレータの目標回転数を所定の低回転数に設定して前記エンジンを低回転で回転させ、この後にその目標回転数を所定の高回転数に設定して前記エンジンを高回転させる際、前記エンジンの目標回転数をその高回転数より高い高回転数に設定する。

この発明によれば、エンジン始動時にエンジンがフリクションに対してトルクを十分に出力することができ、エンジン始動完了後に速やかに発電を行ったり駆動力を入力したりすることができる。

実施例１の制御装置が適用されたハイブリッド車両のパワートレインを示すパワートレイン構成図である。 実施例１の制御装置が適用されたハイブリッド車両の制御システムを示す制御システム構成図である。 実施例１の統合コントローラを示す演算ブロック図である。 実施例１の制御装置で用いられる定常目標トルクマップ(a)とMGアシストトルクマップ(b)を示すマップ図である。 実施例１の制御装置で用いられるエンジン始動停止線マップを示すマップ図である。 実施例１の制御装置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である。 実施例１の制御装置で用いられるエンジンの最良燃費線を示す特性図である。 実施例１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である。 実施例１の統合コントローラにて実行されるモード遷移制御処理の流れを示すフローチャートである。 実施例１の統合コントローラにて実行されるモード遷移制御処理のタイムチャートである。

以下、この発明に係るハイブリッド車両のエンジン始動制御装置の実施の形態である実施例を図面に基づいて説明する。

図１は、実施例のエンジン始動制御装置が適用されたハイブリッド車両のハイブリッド駆動系を示す構成図である。

ハイブリッド駆動系は、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（モード切り替え手段）と、第２クラッチ５と、ディファレンシャルギア６と、タイヤ７，７（駆動輪）と、を備えている。

実施例のハイブリッド車両は、エンジンと１モータ・２クラッチを備えたパワートレイン構成であり、走行モードとして、第１クラッチ４の締結によるHEVモードと、第１クラッチ４の解放によるEVモードと、を有する。

前記エンジン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。

前記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。

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

前記第２クラッチ４（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タイヤ７，７へ出力する。

前記第１クラッチ４と前記第２クラッチ４とには、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ればよい。このパワートレイン系には、第１クラッチ４の接続状態に応じて２つの運転モードがあり、第１クラッチ４の切断状態では、モータジェネレータ２の動力のみで走行するEVモードであり、第１クラッチ４の接続状態では、エンジン１とモータジェネレータ２の動力で走行するHEVモードである。

そして、パワートレインには、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。

図２は、実施例１の制御装置が適用されたハイブリッド車両の制御システムを示す制御システム構成図である。以下、図２に基づいて制御システム構成を説明する。

実施例１の制御システムは、図２に示すように、統合コントローラ（制御手段）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と、ソレノイドバルブ１５と、アクセル開度センサ１７と、ブレーキ油圧センサ２３と、SOCセンサ１６と、エンジン１の水温を検出するエンジン水温センサ４０１と、バッテリ９の温度を検出するバッテリ温度センサ４０２と、を備えている。そして、統合コントローラ２０とエンジン水温センサ４０１とバッテリ温度センサ４０２とでエンジン始動制御装置が構成されている。

前記統合コントローラ２０は、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トルクや目標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。

前記エンジンコントローラ２１は、エンジン１を制御する。前記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。前記インバータ８は、モータジェネレータ２を駆動する。前記バッテリ９は、電気エネルギーを蓄える。前記ソレノイドバルブ１４は、第１クラッチ４の油圧を制御する。前記ソレノイドバルブ１５は、第２クラッチ５の油圧を制御する。前記アクセル開度センサ１７は、アクセル開度(APO)を検出する。前記ブレーキ油圧センサ２３は、ブレーキ油圧（BPS）を検出する。前記SOCセンサ１６は、バッテリ９の充電状態を検出する。

図３は、実施例１の統合コントローラ２０を示す演算ブロック図である。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。

前記統合コントローラ２０は、図３に示すように、目標駆動トルク演算部１００と、モード選択部２００と、目標発電出力演算部３００と、動作点指令部４００と、変速制御部５００と、を備えている。

前記目標駆動トルク演算部１００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。

前記モード選択部２００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、運転モード（HEVモード、EV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モードに遷移させることをいう。

前記目標発電出力演算部３００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。

前記動作点指令部４００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。

また、動作点指令部４００は、第１クラッチ４によりモータジェネレータ２とエンジン１とを直結してこのエンジン１を始動させる際、エンジン水温センサ４０１またはバッテリ温度センサ４０２が検出する温度が低温のとき、最初に目標モータ回転数を低回転のクランキング回転数に設定し、この後、その目標モータ回転数を漸増させて高回転のクランキング回転数に設定し、この設定の際に目標エンジン回転数をその高回転より高い値に設定するようになっている。

前記変速制御部５００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。

［動 作］
次に、ＦＲハイブリッド車両の統合コントローラ１０にて実行される制御処理の処理動作を図９に示すフローチャートおよび図１０に示すタイムチャートに基づいて説明する。

車両のアクセサリスイッチＡＣＣが図１０の時間ｔ０でオンされると、統合コントローラ２０は図９に示したフローチャートに基づいてエンジン始動の制御動作を開始する。 ここで、図１０において、Ｍｎｄはモータジェネレータ２の目標モータ回転数設定線を示し、ＥＭｎはモータジェネレータ２の実際の回転数（実モータ回転数）およびエンジン１の実際の回転数（実エンジン回転数）の実回転特性線を示す。この目標モータ回転数設定線Ｍｎｄにおいて、Ｎ１はモータジェネレータ２の目標低回転数を示し、Ｎｘはモータジェネレータ２の回転数を目標低回転数Ｎ１から徐々に傾斜上昇させる目標上昇回転数を示し、Ｎ２はモータジェネレータ２の目標高回転数を示す（Ｎ１＜Ｎｘ＜Ｎ２）。また、Ｍｔはモータジェネレータ２の実際のモータトルク線（実モータトルク線）を示し、Ｍｔ０はモータトルク線Ｍｔの下限トルク「０Nm」であり、Ｍｔ１はモータトルク線Ｍｔのphase（フェイス）１における上モータトルクで下限トルクMt0より大きい値である。

Ｅｔｄはエンジン１の目標エンジントルク設定線を示し、Ｅｔｘはエンジン１の実際のトルク変化線を示す。この目標エンジントルク設定線Ｅｔｄにおいて、Ｅｔｄ１は目標エンジン低回転トルクを示し、Ｅｔｄ２は目標エンジン高回転トルクを示す。ＫＴは第２クラッチ５の締結トルクを示す締結トルク線である。

統合コントローラ２０は、車両のアクセサリスイッチＡＣＣがオンされると、ステップＳ１においてイグニッションＩＧＮがオンしているか否かを判断する。この判断において、イグニッションＩＧＮがオンしていなければ終了し、イグニッションＩＧＮが図１０の時点ｔ１でオンしていればステップＳ２に進む。

ステップ２では、バッテリ温度センサ４０２からの温度検出信号によりバッテリ温度が低温（極低温）か否かが判断されノーであればステップ１２へ進みイエスであればステップ３へ進む。

ステップ１２では、エンジン水温センサ４０１からの水温検出信号によりエンジン水温が低温（極低温）か否かが判断され、ノーであれば終了し、イエスであればステップ３へ進む。

すなわち、バッテリ温度またはエンジン水温が低温のときステップ３へ進み、それ以外は終了することになる。各ステップ１,２,１２での判断は統合コントローラ２０が行い、エンジン水温やバッテリ温度は車両のＣＡＮシステムを介して得られる。

ステップ３では、モータジェネレータ２の目標回転数を低回転のクランキング回転数Ｎ１に設定し、第１クラッチ４を締結してモータジェネレータ２をその目標回転数Ｎ１で回転させていく（図１０の時点ｔ１）。このとき、第２クラッチ５を開放させる。そして、モータジェネレータ２の回転によってエンジン１を低回転のクランキング回転数Ｎ１で回転させていく。

すなわち、図７のフェイス１の期間では、停止状態のエンジン１を低回転のクランキング回転させていき、エンジン１を初爆させるものである。

ここで、クランキングとはエンジン１のクランクシャフトを回転させることを言い、クランキング回転数とはエンジン１のクランクシャフト回転数を言う。また、実際のモータトルク（実モータトルク）は、フェイス１ではＭｔ１になる。

このフェイス１の期間では、６kwのバッテリ出力を補償する。また、エンジン１の回転数を検知するために２.５秒でエンジン１を３回転（７２rpm）させる必要があり、このため、この実施例では目標回転数Ｎ１を１５０rpmとする。さらに、モータジェネレータ２の下限トルクを０Ｎmに設定し、エンジン１の回転数を押さえ込まないようにする。なお、フェイス１の期間（時点ｔ１〜時点ｔ２）は約２.５秒である。

そして、エンジン１が初爆し始めるとエンジン１およびモータジェネレータ２の実回転数が上昇していく（図１０の時点ｔ２）。

ステップ４では、エンジン回転数が閾値以上か否かがすなわちフェイス１が終了したか否かが判断され、ノーであればステップ３へ戻り、エンジン回転数が閾値以上となるまでステップ３,４の処理動作が繰り返し行われる。ここでは閾値は例えば５００rpmである。そして、エンジン回転数が閾値以上になるとステップ４でイエスと判断されてステップ５へ進む。

ステップ５では、モータジェネレータ２の目標回転数を高回転のクランキング回転数Ｎ２まで増加させていく（図１０の時点ｔ３〜時点ｔ４）。つまり、図７に示すフェイス２の状態である。このフェイス２の期間では、２.８kwのバッテリ出力を補償し、電力の無駄遣いをしないように目標回転数Ｎｘを徐々に上昇させていくものであり、いわゆるランプ増加させるものである。また、この際モータジェネレータ２の下限トルクを０Ｎmに設定し、エンジン１の回転数を押さえ込まないようにする。

ステップ６では、モータジェネレータ２の目標回転数が高回転のクランキング回転数に到達したか否かが判断され、イエスであればステップ７へ進み、ノーであればステップ５へ戻る。すなわち、目標回転数Ｎｘが高回転のクランキング回転数Ｎ２になるまでステップ５,６の処理動作が繰り返し行われる。

ここで、エンジン１の回転が目標低回転数Ｎ１を越えてエンジン１が稼働すると、モータトルク線Ｍｔで示した実際のモータトルクＭｔ１が時間ｔ２から減少し始めるので、モータジェネレータ２への負トルクすなわちモータジェネレータ２の回転方向とは逆方向のトルク量（ＦＢ量）が減少し（制限され）、速やかに高回転側にエンジン１のクランキング回転数を上昇させることができ、エンジントルクがエンジン１の可動部のフリクション（摩擦抵抗）に打ち勝って始動が完了するまでの時間を短縮できる。

ステップ７では、モータジェネレータ２の目標回転数を高回転のクランキング回転数Ｎ２に設定する（図１０の時点ｔ４）。

ステップ８では、エンジン１の目標回転数をモータジェネレータ２の目標回転数Ｎ２にプラスαした値ＥＮ３（ＥＮ３＝Ｎ２＋α）に設定する。

ステップ９では、モータジェネレータ２のトルク（実モータトルク）が所定値以下（負以下）となっている時間が所定時間以上継続したか否かが判断され、イエスであればステップ１０へ進み、ノーであればステップ７へ戻り、実モータトルクが負以下となっている時間が所定時間以上継続するまでステップ７〜９の処理動作が繰り返し行われる。

ここで、エンジン１がトルクを出し始めると、モータジェネレータ２のトルク（実モータトルク）は減少していく。そして、エンジン１がフリクションに対して十分にトルクを出すと、実モータトルクは負となる（図１０の時点ｔ５）。

なお、実モータトルクは、モータジェネレータ２の電流や電圧などから統合コントローラ２０が求めるものである。

ステップ７〜９の処理期間は、図７に示すフェイス３の期間に相当するものであり、このフェイス３の期間は、エンジン１を完爆させるとともにエンジン回転数１０００rpmでエンジン１がトルクを出すまで待つための期間である。また、この期間では例えば２.８kwのバッテリ出力を補償する。

そして、実モータトルクが負となっている時間（時点ｔ５〜時点ｔ６）が所定時間を越えるとステップ１０へ進むことになる。

ステップ１０では、発電を許可する。つまり、モータジェネレータ２の実モータトルクが所定時間以上継続して負以下となっていることにより、エンジン１がフリクションに対して十分にトルクを出力している。このため、モータジェネレータ２で発電を行ってもエンストを起こしてしまうことがなく、従来のように安全マージンを考慮することなく速やかにモータジェネレータ２で発電を行うことができる。

ステップ１１では、第２クラッチ５の締結トルクの上昇を許可し、クラッチ５を締結させる。ステップ１０と同様に、エンジン１がフリクションに対して十分にトルクを出力しているので、エンジン１に負荷がかかることによるエンストを防止することができる。

次に、上記のように構成されるハイブリッド車両のエンジン始動制御装置の効果を下記にまとめる。
（１）ステップ８でエンジン１の目標回転数を、モータジェネレータ２の目標回転数にプラスαした値に設定したので、エンジン１はアイドル回転より高い回転数で回転する。このため、エンジン始動時にエンジン１がフリクションに対して十分にトルクを出力することができ、速やかにモータジェネレータ２で発電を行わせたり、エンジン１の駆動力を変速器３に入力したりすることができる。
（２）図７に示すフェイス１,２では、モータジェネレータ２の下限トルクを０Ｎmに設定するので、エンジン１の回転上昇を阻害することがなく、エンジン１のフリクションの低減を早期化できる。
（３）ステップ９,１０に示すように、モータジェネレータ２のトルクが負以下となっている時間が所定時間以上継続したとき発電を許可するので、エンジン始動時にエンジン１がフリクションに対して十分にトルクを確実に出力させてから、発電を許可することになり、このため、発電によってエンジン１に負荷がかかることによるエンストを確実に防止することができる。
（４）同様に、モータジェネレータ２のトルクが負以下となっている時間が所定時間以上継続したとき第２クラッチ５のトルク上昇を許可するので、エンジン始動時にエンジン１がフリクションに対して十分にトルクを確実に出力させてから、トルク上昇を許可することになり、このため、第２クラッチ５の締結によってエンジン１に負荷がかかることによるエンストを確実に防止することができる。

以上、本発明のハイブリッド車両のエンジン始動制御装置を実施例に基づき説明してきたが、具体的な構成については、これらの実施例に限られるものではなく、特許請求の範囲の各請求項に係る発明の要旨を逸脱しない限り、設計の変更や追加等は許容される。

例えば、ステップ４では、フェイス１の終了をエンジン回転数が閾値以上か否かで判断しているが、時間で判断してもよい。例えばクランキング開始から２.５秒経過したか否かで判断してもよい。

また、上記実施例では、第２クラッチ５は自動変速機３内に設けられているが、これに限らず、例えばモータジェネレータ２と自動変速機３との間や自動変速機３とディファレンシャルギア６との間に設けてもよい。

１・・・エンジン
２・・・モータジェネレータ
４・・・第１クラッチ（モード切り替え手段）
５・・・第2クラッチ（クラッチ要素）
７・・・タイヤ（駆動輪）
９・・・バッテリ
１０・・・エンジン回転センサ（エンジン動作検出手段）
１１・・・MG回転センサ（モータ回転センサ）
２０・・・統合コントローラ（エンジン始動制御手段）
４０１・・・エンジン水温センサ
４０２・・・バッテリ温度センサ
６００・・・エンジン始動制御装置

Claims (4)

1. エンジンとモータジェネレータとを有するハイブリッド駆動系において、前記モータジェネレータとエンジンとを制御する制御手段と、
   前記モータジェネレータに電力を供給するバッテリの温度を検出するバッテリ温度センサと、
   前記エンジンの水温を検出するエンジン水温センサと、を備えたハイブリッド車両のエンジン始動制御装置であって、
   前記制御手段は、エンジンを始動させる際、前記バッテリ温度センサまたはエンジン水温センサが検出する温度が所定の低温以下のとき、前記モータジェネレータの目標回転数を所定の低回転数に設定して前記エンジンを低回転で回転させ、この後にその目標回転数を所定の高回転数に設定して前記エンジンを高回転させる際、前記エンジンの目標回転数をその高回転数より高い高回転数に設定することを特徴とするハイブリッド車両のエンジン始動制御装置。
2. 前記エンジンの回転数を低回転から高回転に引き上げる際、前記モータジェネレータの下限トルクをゼロに設定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両のエンジン始動制御装置。
3. 前記エンジンの回転数を高回転に引き上げた後、前記モータジェネレータのトルクが所定値以下を所定時間以上継続したとき、前記モータジェネレータによる発電を許可することを特徴とする請求項１または請求項２に記載のハイブリッド車両のエンジン始動制御装置。
4. 前記モータジェネレータと駆動輪との間に介在されたクラッチを備え、
   前記エンジンの回転数を高回転に引き上げた後、前記モータジェネレータのトルクが所定値以下を所定時間以上継続したとき、前記クラッチの締結力を上昇させることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のハイブリッド車両のエンジン始動制御装置。