JP2012116452A - ハイブリッド車両のエンジン始動時の変速制御システム及び方法 - Google Patents

ハイブリッド車両のエンジン始動時の変速制御システム及び方法 Download PDF

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Abstract

【課題】エンジンの始動中にＰ段またはＮ段からＤ段またはＲ段への静的変速が行われても、ショックの発生が防止できるハイブリッド車両のエンジン始動時の変速制御システム及び方法を提供する。
【解決手段】エンジンと、第１モータと、第２モータと、エンジンと第１モータとの間を連結する第１遊星ギアセットと、エンジンと第２モータとの間を連結する第２遊星ギアセットとを含むハイブリッド車両のエンジン始動時の変速制御システムで、始動時に第２遊星ギアセットのリングギアに対する目標速度追従のための第２モータの目標速度の入力を受け、第２モータの目標速度に該当するトルクを計算するとともに、計算されたトルクを第２モータに指令するＰＩ制御部４０と、エンジンの始動時に、第２モータＭＧ２へ伝達される反力に該当するトルクをフィードフォワードターム制御方式でＰＩ制御部に入力するエンジン摩擦トルクフィードフォワード部３０とを含んでいる。
【選択図】図２

Description

本発明は、ハイブリッド車両のエンジン始動時の変速制御システム及び方法に係り、より詳細には、ハイブリッド車両のエンジン始動中に発生する変速衝撃が防止できるハイブリッド車両のエンジン始動時の変速制御システム及び方法に関する。
一般に、ハイブリッド車両は、エンジンだけでなくモータ駆動源を補助動力源に採用し、排気ガスの低減及び燃費向上を図ることができる未来型車両をいう。
このようなハイブリッド車両の動力伝達のためのパワートレインの一構成例を、図１を参照して説明する。
図１のハイブリッド車両用パワートレインは、エンジン１０と、エンジンクランキング及びエンジンの速度を変速制御する第１モータＭＧ１と、車軸にトルクを直接伝達するトラクションモータである第２モータＭＧ２、そして一対の遊星ギアセット２０、２２とを含んで構成される。
エンジン１０の出力軸は、第１遊星ギアセット２０のキャリアＣ１と連結されるとともに、第２クラッチＣＬ２を介して第２遊星ギアセット２２の第２サンギアＳ２と連結される。
第１モータＭＧ１の出力軸は、第１遊星ギアセット２０のサンギアＳ１と直結されており、第２モータＭＧ２の出力軸は、第２遊星ギアセット２２の第２サンギアＳ２に直結される。
そして、第１遊星ギアセット２０のリングギアＲ１と第２遊星ギアセット２２のキャリアＣ２が連結され、この第２遊星ギアセット２２のキャリアＣ２は最終の出力軸と連結される。
また、第１遊星ギアセット２０のキャリアＣ１の出力側と第２遊星ギアセット２２のリングギアＲ２は、第１クラッチＣＬ１を介して連結される。
第１モータＭＧ１と第１遊星ギアセット２０のサンギアＳ１との間の連結軸には、第１ブレーキＢＫ１が装着され、第１遊星ギアセット２０のキャリアＣ１の出力側と第２遊星ギアセット２２のリングギアＲ２を連結する軸には、第２ブレーキＢＫ２が装着される。
このようなハイブリッド車両のパワートレイン構造において、第１モータＭＧ１は、エンジンクランキングのためのトルクを発生させ、エンジンの速度を変速制御する役割をし、また、第２モータＭＧ２は、車軸にトルクを直接伝達するトラクションモータの機能を有するとともに、走行状況に応じて第２遊星ギアセット２２のリングギアＲ２が目標速度に追従するように、リングギアの速度制御の機能も行う。
上記のようなハイブリッド車両のパワートレインシステムにおいて、中立ギア段（ＰまたはＮ）の維持時、油圧の制御によりクラッチ及びブレーキを含むあらゆる作動要素が作動解除される。
特に、中立ギア段（ＰまたはＮ）から走行ギア段（ＲまたはＤ）への切り換えを容易にするため、第２遊星ギアセット２２のリングギアＲ２の速度を、第２ブレーキ（Ｂｒａｋｅ２）と結合し易く０に維持されるように制御するか、または、第２遊星ギアセット２２のリングギアＲ２の速度を、第１クラッチ（Ｃｌｕｔｃｈ１）との結合が容易に行われるように、第１遊星ギアセット２０のキャリアＣ１の速度と等しくなるように制御する。
従って、一般の走行状況（エンジンの始動後）では、第２遊星ギアセット２２のリングギアＲ２の速度が目標速度を維持しているため、Ｎ段からＤ段へ、またはＮ段からＲ段への静的変速（Ｓｔａｔｉｃ ｓｈｉｆｔ）の時は、ショックが発生しないが、エンジンの始動中に静的変速が行われると、ショック現状が発生する問題がある。
即ち、リングギアＲ２が目標速度に追従するよう、第２モータＭＧ２の速度に対してＰＩ制御部を用いたフィードバック制御を行うが、フィードバック制御時の応答度（Ｔｒａｎｓｉｅｎｔ Ｒｅｓｐｏｎｓｅ、出力が正常状態になるまでの応答）が落ち、リングギアＲ２は目標速度に維持されず、第２遊星ギアセットの作動要素の結合時にショック現状が発生する問題がある。
このように、エンジンの始動中にＰ段またはＮ段からＤ段またはＲ段への静的変速が行われると、始動中にエンジンの摩擦力に相当する反力が第２モータＭＧ２の出力軸側に作用し、第２モータＭＧ２の速度の低下が瞬間的に発生し、これにより中立ギア段（ＰまたはＮ）から走行ギア段（ＲまたはＤ）への切り替え時に作動する第２遊星ギアセット２２のリングギアＲ２が瞬間的に目標速度を逸脱し、ショック現状が発生する。
特開２００９−１０１７８２号公報
本発明は、上記のような点を勘案してなされたものであって、エンジンの始動中にＰ段またはＮ段からＤ段またはＲ段への静的変速が行われても、ショックの発生が防止できるハイブリッド車両のエンジンの始動時の変速制御システム及び方法を提供することにその目的がある。
上記目的を達成するための本発明は、エンジン１０と、エンジンクランキング及びエンジンを変速制御する第１モータＭＧ１と、車軸にトルクを直接伝達するトラクションモータである第２モータＭＧ２と、エンジンと第１モータとの間を連結する第１遊星ギアセット２０と、エンジンと第２モータとの間を連結する第２遊星ギアセット２２とを含むハイブリッド車両のエンジン始動中の変速制御システムであって、エンジンの始動時に、上記第２遊星ギアセット２２のリングギアＲ２に対する目標速度の追従のための第２モータＭＧ２の目標速度の入力を受け、第２モータＭＧ２の目標速度に該当するトルクを計算するとともに、計算されたトルクを第２モータＭＧ２に指令するＰＩ制御部と、エンジンの始動時に、第２モータＭＧ２へ伝達される反力に該当するトルクをフィードフォワードターム（Ｆｅｅｄｆｏｒｗａｒｄ ｔｅｒｍ）制御方式でＰＩ制御部４０に入力するエンジン摩擦トルクフィードフォワード部３０と、を含んで構成されることを特徴とする。
また、本発明は、変速段Ｐ段またはＮ段でエンジンの始動中に、第２遊星ギアセット２２のリングギアＲ２に対する目標速度の追従のための第２モータＭＧ２の出力トルクをフィードバック制御して算出する段階と、エンジンの始動時に、エンジン１０から第２モータＭＧ２へ伝達される反力に該当するトルクと、フィードバック制御により算出された出力トルクとを合わせた最終のトルクを第２モータＭＧ２に指令する段階とを含むことを特徴とする。
前記エンジン１０から第２モータＭＧ２へ伝達される反力に該当するトルクは、フィードフォワードターム制御によるフィードフォワードタームに設定され、フィードバック制御により算出された出力トルクと合わせられることを特徴とする。
本発明によれば、エンジンの始動中にＰ段またはＮ段からＤ段またはＲ段へ変速されるとき、フィードフォワード制御を用いてエンジンの摩擦力に相当する反力だけのトルクを第２モータに印加し、第２モータの速度が低下することを防止するとともに、リングギアの速度変化を防止することにより、エンジンの始動時、中立状態からＤまたはＲ段へ変速する時にショックが発生することを容易に防止できる。
本発明によるハイブリッド車両のエンジン始動中の変速制御システム及び方法が適用されるパワートレインの構成図である。 本発明によるハイブリッド車両のエンジン始動中の変速制御システムを示す制御ブロック図である。 本発明によるハイブリッド車両のエンジン始動中の変速制御方法を説明する速度線図である。 本発明によるハイブリッド車両のエンジン始動中の変速制御方法を説明するフローチャートである。
以下、本発明の望ましい実施例を添付した図面を参照して詳細に説明する。
本発明によるハイブリッド車両のエンジン始動中の変速制御システム及び方法は、図１に示す通り、エンジン１０と、エンジンクランキング及びエンジンの速度を変速制御する第１モータＭＧ１と、車軸にトルクを直接伝達するトラクションモータである第２モータＭＧ２と、そして一対の遊星ギアセット２０、２２とを含む。
特に、第１モータＭＧ１は、エンジンクランキングのためのトルクを発生させ、エンジンの速度を変速制御する役割をし、第２モータＭＧ２は、車軸にトルクを直接伝達するトラクションモータの機能を有するとともに、走行状況に応じて第２遊星ギアセット２２のリングギアＲ２が目標速度に追従するように、リングギアの速度制御の機能も有する。
本発明は、エンジンの始動中にＰ段またはＮ段からＤ段またはＲ段への変速が行われる場合、フィードフォワード制御を用いてエンジンの摩擦力に相当する反力だけのトルクを第２モータに追加で印加し、第２モータの速度が低下することを防止するとともに、リングギアの速度変化を防止することにより、エンジンの始動時、中立状態からＤまたはＲ段へ変速する時にショックが発生することを防止できるようにしたことが主目的である。
従来は、エンジンの始動後、平常時の走行状況ではリングギアＲ２の速度が目標速度を維持するので、変速時（Ｐ段またはＮ段からＤ段またはＲ段へ）にショックが発生しないが、エンジンの始動時に変速が行われると、エンジンの摩擦力に相当する反力が第２モータＭＧ２の出力軸側に作用することにより、第２モータＭＧ２の速度が低下する現象が発生するとともに、これと連動してリングギアＲ２が瞬間的に目標速度を逸脱するようになり、第２遊星ギアセットの作動要素の結合時にショック現象が発生する問題がある。
言い換えれば、中立ギア段（ＰまたはＮ）で第２遊星ギアセット２２のリングギアＲ２の速度は、第２ブレーキ（Ｂｒａｋｅ２）と結合し易く０に維持されるか、または、第１クラッチとの結合が容易に行われるように、第１遊星ギアセット２０のキャリアＣ１の速度と等しく制御される。しかし、エンジン始動と同時にＮ段からＤ段へ、またはＮ段からＲ段への変速がなされると、エンジンの摩擦力に相当する反力がリングギアの速度を制御する第２モータＭＧ２に作用するとともに、リングギアＲ２が瞬間的に目標速度を逸脱するようになり、リングギアＲ２が作動要素と結合するとき、キャリアＣ１と結合するためのクラッチ（Ｃｌｕｔｃｈ１）が結合するか、または、第１ブレーキが結合する時、ショックが発生する。
本発明は、上記ショック発生の問題を解決するため、エンジン始動時にリングギアＲ２の速度変化を防止することにより、中立状態からＤ段またはＲ段への変速時にショック現状が発生することを防止しようとしたものである。
このために、本発明のハイブリッド車両用エンジン始動時の変速制御システムは、図２に示すように、第２遊星ギアセット２２のリングギアＲ２に対する目標速度追従のための第２モータＭＧ２の目標速度の入力を受け、第２モータＭＧ２の目標速度に該当するトルクを計算するとともに、計算されたトルクを第２モータＭＧ２に指令するＰＩ制御部４０と、エンジンの始動時に、第２モータＭＧ２へ伝達される反力に該当するトルクをフィードフォワードターム制御方式でＰＩ制御部４０に入力するエンジン摩擦トルクフィードフォワード部３０とで構成される。
以下図２〜図４を参照して、このようなシステム構成を基盤とする本発明のハイブリッド車両用エンジン始動中の変速制御方法を説明する。
変速段Ｐ段またはＮ段でのエンジンの始動時に、第２遊星ギアセット２２のリングギアＲ２に対する目標速度追従のための第２モータＭＧ２の目標速度がＰＩ制御部４０へ入力されると、ＰＩ制御部４０で第２モータＭＧ２の目標速度に基づいて第２モータに対するトルクが計算され、計算されたトルクを第２モータＭＧ２に指令し、そこで第２モータＭＧ２の目標速度に追従するように、第２遊星ギアセット２２のリングギアＲ２の速度が制御される状態になる。
このとき、第２モータＭＧ２に指令される最終のトルクは、ＰＩ制御部４０でフィードバック制御して算出されたトルクの他に、エンジン１０から第２モータＭＧ２へ伝達される反力に該当するトルクがさらに印加される。
即ち、第１モータＭＧ１によるクランキングトルクによるエンジン始動時に、第２モータＭＧ２へ伝達される反力に該当するトルクを、エンジン摩擦トルクフィードフォワード部３０でフィードフォワードターム制御方式によりＰＩ制御部４０に入力することにより、エンジン１０から第２モータＭＧ２へ伝達される反力に該当するトルクが、フィードフォワードターム制御によるフィードフォワードタームに設定され、結局、ＰＩ制御部４０でフィードバック制御により算出された出力トルクと合わせられ、この合わせられた最終トルクが第２モータＭＧ２に出力される。
従って、エンジンの始動時、Ｐ段またはＮ段からＤ段またはＲ段へ変速が行われる時、エンジンの摩擦力に相当する反力が第２モータＭＧ２の出力軸側に作用しても、その反力に該当するトルクが第２モータＭＧ２に印加された状態であるため、第２モータＭＧ２の速度低下が発生せず、また、第２遊星ギアセット２２のリングギアＲ２も目標速度を逸脱しないようになるので、リングギアと作動要素間の結合時にショック現象の発生が防止される。
１０ エンジン
２０ 第１遊星ギアセット
２２ 第２遊星ギアセット
３０ エンジン摩擦トルクフィードフォワード部
４０ ＰＩ制御部
ＭＧ１ 第１モータ
ＭＧ２ 第２モータ

Claims (3)

  1. エンジン（１０）と、エンジンクランキング及びエンジンを変速制御する第１モータ（ＭＧ１）と、車軸にトルクを直接伝達するトラクションモータである第２モータ（ＭＧ２）と、エンジンと第１モータとの間を連結する第１遊星ギアセット（２０）と、エンジンと第２モータとの間を連結する第２遊星ギアセット（２２）とを含むハイブリッド車両のエンジン始動中の変速制御システムであって、
    エンジンの始動時に、上記第２遊星ギアセット（２２）のリングギア（Ｒ２）に対する目標速度の追従のための第２モータ（ＭＧ２）の目標速度の入力を受け、第２モータ（ＭＧ２）の目標速度に該当するトルクを計算するとともに、計算されたトルクを第２モータ（ＭＧ２）に指令するＰＩ制御部と、
    エンジンの始動時に、第２モータ（ＭＧ２）へ伝達される反力に該当するトルクをフィードフォワードターム（Ｆｅｅｄｆｏｒｗａｒｄ ｔｅｒｍ）制御方式でＰＩ制御部（４０）に入力するエンジン摩擦トルクフィードフォワード部（３０）と、
    を含んで構成されることを特徴とするハイブリッド車両のエンジン始動時の変速制御システム。
  2. 変速段Ｐ段またはＮ段でエンジンの始動中に、第２遊星ギアセット（２２）のリングギア（Ｒ２）に対する目標速度の追従のための第２モータ（ＭＧ２）の出力トルクをフィードバック制御して算出する段階と、
    エンジンの始動時に、エンジン（１０）から第２モータ（ＭＧ２）へ伝達される反力に該当するトルクと、フィードバック制御により算出された出力トルクとを合わせた最終のトルクを第２モータ（ＭＧ２）に指令する段階と
    を含むことを特徴とするハイブリッド車両のエンジン始動時の変速制御方法。
  3. 前記エンジン（１０）から第２モータ（ＭＧ２）へ伝達される反力に該当するトルクは、フィードフォワードターム制御によるフィードフォワードタームに設定され、フィードバック制御により算出された出力トルクと合わせられることを特徴とする請求項２に記載のハイブリッド車両のエンジン始動時の変速制御方法。
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