JP2013180698A - ハイブリッド電気自動車の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】スタータの耐久性を確保しつつ、急加速時にも迅速にエンジンを始動させ、円滑な加速を行うことのできるハイブリッド電気自動車の制御装置を提供すること。
【解決手段】エンジン停止中の走行時において、アクセルが踏み込まれ（Ｓ１）加速に応じた要求トルクが所定トルク以上である場合（Ｓ２がＮｏ）、又は要求される加速が急加速である場合（Ｓ３がＹｅｓ）には、モータでトルクショックを軽減しつつクラッチを接続していき半クラッチ状態として押し掛けによりエンジンを始動させ（Ｓ６）、モータとエンジンとを駆動源として用いるモータアシスト走行モードとする（Ｓ７）。
【選択図】図２

Description

本発明は、駆動源としてエンジンとモータとを備えるハイブリッド電気自動車の制御装置に係り、詳しくはエンジン停止状態からの車両加速時におけるエンジン始動制御に関する。

近年、燃費や排ガス性能の向上等を目的に、駆動源としてエンジンとモータとを備えるハイブリッド電気自動車が開発されている。
例えばエンジンとモータとの間にクラッチが設けられ、当該クラッチの断接により駆動源の切替を行うことができるハイブリッド電気自動車がある。このようなハイブリッド電気自動車においては、エンジンを停止させクラッチを遮断しておくことで、モータのみでの走行を行うことができる。そして、モータの駆動トルクのみでは要求される駆動トルクを達成できないような場合には、エンジンを始動してクラッチを接続することで、エンジンとモータとを合わせた駆動トルクを使用することができる。

当該ハイブリッド電気自動車において、車両走行中にエンジンを始動する方法としては、クラッチを接続しモータの駆動トルクによりエンジンの回転を立ち上げてエンジン始動を行う方法が開発されている（特許文献１参照）。

特開２００４−１７９１９号公報

具体的には、上記特許文献１では、モータによりエンジン始動する際には、エンジンとモータとの間のクラッチを接続するとともに、エンジン始動に伴う駆動力の変化が駆動輪に伝わるのを抑制すべく変速機内に設けられた第２クラッチを半クラッチ状態としている。
このようなモータによるエンジン始動は、静寂な始動を行うことができるが、エンジンを始動させるまでに比較的時間を要する。したがって、アクセルが急激に踏み込まれ、車両の急加速が要求されたとき等に当該モータによるエンジン始動では迅速に対応することができず加速がもたつくという問題がある。

一方で、車両の急加速時のエンジン始動のたびにスタータを用いて始動することとすると、スタータを多用することとなり、スタータの製品寿命が短くなるという問題もある。
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、その目的とするところは、スタータの耐久性を確保しつつ、急加速時にも迅速にエンジンを始動させ、円滑な加速を行うことのできるハイブリッド電気自動車の制御装置を提供することにある。

上記した目的を達成するために、請求項１のハイブリッド電気自動車の制御装置では、駆動源としてエンジン及びモータを備えたハイブリッド電気自動車の制御装置であって、前記エンジン及び前記モータとの間に設けられ、当該エンジンから当該モータを介して駆動輪へと伝達される当該エンジンの駆動力の接続及び遮断を行うクラッチと、加速要求を検出する加速要求検出手段と、前記加速要求検出手段により検出された加速要求が所定の加速要求以上である急加速であるか否かを判定する加速判定手段と、前記エンジンを停止させた状態で、前記加速要求検出手段により加速要求が検出された際に、前記加速判定手段により急加速でないと判定された場合には、前記クラッチを接続させていき、前記モータにより発生するトルクのみにより前記エンジンを始動させ、前記加速判定手段により急加速と判定された場合には、前記クラッチを接続させていき、前記駆動輪側からの回転駆動力による押し掛け始動により前記エンジンを始動させるエンジン始動制御手段と、を備えることを特徴としている。

請求項２のハイブリッド電気自動車の制御装置では、請求項１において、前記エンジン始動制御手段は、前記エンジンを停止させた状態で、前記加速要求検出手段により加速要求を検出された際に、前記モータにより発生可能なトルクが当該加速要求に対するトルクを達成できない場合にも、前記クラッチを接続させていき、前記駆動輪側からの回転駆動力による押し掛け始動により前記エンジンを始動させることを特徴としている。

請求項３のハイブリッド電気自動車の制御装置では、請求項１または２において、前記エンジン始動制御手段は、前記押し掛け始動のために前記クラッチを接続させていく際に、当該クラッチの入力側と出力側とのトルク差を減少させる方向に前記モータのトルクを調節することを特徴としている。

上記手段を用いる本発明の請求項１のハイブリッド電気自動車の制御装置によれば、エンジン停止状態で加速要求が検出された際に、当該加速要求が急加速でない場合には、クラッチを接続させていきモータのみによるエンジン始動を行い、加速要求が急加速である場合には、クラッチを接続させていき駆動輪側からの回転駆動力による押し掛け始動により前記エンジンを始動させる。

このように、急加速時にはスタータを用いず、クラッチ接続により駆動輪側からの回転駆動力を利用した押し掛け始動を行うことで迅速な始動を行うことができる。また、急加速でない緩加速時においては迅速な始動を必要としないとみなし、モータによるエンジン始動を行うことで、静寂性の高いエンジン始動を行うことができる。さらに、この場合もスタータを使用することがないことから、加速時におけるスタータの使用頻度を低減することができる。

これにより、スタータの耐久性を確保しつつ、急加速時にも迅速にエンジンを始動させ、円滑な加速を行うことができる。
請求項２のハイブリッド電気自動車の制御装置によれば、エンジン停止状態で加速要求が検出された際に、モータにより発生可能なトルクが加速要求に応じたトルクを達成できない場合にも押し掛け始動を行うこととする。

これにより、モータのトルク不足の場合にも、迅速なエンジン始動を行うことができ、円滑な加速を行うことができる。
請求項３のハイブリッド電気自動車の制御装置によれば、押し掛け始動のためにクラッチを接続させていく際に、クラッチの入力側と出力側とのトルク差を減少させる方向に前記モータのトルクを調節することとしている。

これにより、押し掛け始動の際のクラッチ接続によるトルクショックを抑制することができる。

本発明の一実施形態におけるハイブリッド電気自動車の制御装置の概略構成図である。 本発明の一実施形態に係るハイブリッド電気自動車の制御装置のＥＣＵが実行する車両加速時のエンジン始動制御ルーチンを示すフローチャートである。

以下、本発明の一実施形態を図面に基づき説明する。
図１は本発明の一実施形態におけるハイブリッド電気自動車の制御装置の概略構成を示したブロック図であり、同図に基づき説明する。
図１に示す車両１は、駆動源としてエンジン２及びモータ４を備えるハイブリッド電気自動車である。

エンジン２は、例えばディーゼルエンジンやガソリンエンジン等の一般的に自動車に用いられる原動機であり、ここでは特にその種類を問わない。当該エンジン２には、当該エンジン２を始動するスタータ２ａが設けられている。当該スタータ２ａは図示しない補機バッテリからの電力供給により駆動し、ギヤを介してエンジン２のクランキングを行うことでエンジン２を始動させるものである。

エンジン２とモータ４との間にはクラッチ６が設けられており、当該クラッチ６の入力軸（入力側）にはエンジン２の出力軸が、当該クラッチ６の出力軸（出力側）にはモータ４の回転軸がそれぞれ連結されている。
モータ４は発電も可能な例えば永久磁石式同期電動機であり、モータ４の回転軸は変速機８の入力軸と連結されている。変速機８は複数のギヤを備えており、選択された変速段に応じたギヤを介することで入力された駆動力を変速して、当該変速機８の出力軸に伝達する。そして、変速機８の出力軸からプロペラシャフト１０、差動装置１２、及び駆動軸１４を介して左右の駆動輪１６へと駆動力が伝達されるよう構成されている。

また、モータ４は、車両１に搭載されたバッテリ１８とインバータ２０を介して接続されており、当該バッテリ１８からの電力供給を受けてトルクを発生させる。バッテリ１８は例えばリチウムイオン、ニッケル水素等の二次電池であり、インバータ２０がバッテリ１８からの直流電力を交流電力に変換してモータ４に電力を供給する。一方、車両減速時等には、モータ４が発電機（ジェネレータ）として機能し、回生駆動する。つまり、駆動輪１６から逆に伝達される駆動力によりモータ４が交流電力を発電するとともに、このときモータ４が発生する回生トルクが駆動輪１６に対する制動トルクとして作用し、いわゆる回生ブレーキとして機能する。そして、この交流電力は、インバータ２０によって直流電力に変換された後、バッテリ１８に充電されることで、駆動輪１６の回転による運動エネルギが電気エネルギとして回収される。

当該構成の車両１は、クラッチ６が遮断状態にあるときには、モータ４の回転軸のみが変速機８を介して駆動輪１６と機械的に接続されることになる。つまり、モータ４により発生するトルク（以下、モータトルクという）のみが車両１の駆動トルク又は制動トルクとして駆動輪１６に伝達される。
一方、クラッチ６が接続状態にあるときには、エンジン２の出力軸がモータ４の回転軸を介して変速機８、駆動輪１６等と機械的に接続されることとなる。つまり、このときモータトルクを０として、エンジン２のみを作動した場合にはエンジン２により発生するトルク（以下、エンジントルクという）のみが車両１の駆動トルク又は制動トルクとなる。また、モータ４も作動させればモータトルクとエンジントルクとの和が車両１の駆動トルク又は制動トルクとなる。

車両１には、このようなモータトルク及びエンジントルクの配分の調整等をすべく、エンジン２、モータ４、クラッチ６、及び変速機８を統合的に制御するＥＣＵ（電子コントロールユニット）２２が搭載されている。
ＥＣＵ２２には、各エンジン２、モータ４、クラッチ６、変速機８それぞれの制御ユニット（図示せず）とＣＡＮ（Controller Area Network）等を用いて通信可能に接続されている。例えば、ＥＣＵ２２は、エンジン２からエンジン回転数情報、モータ４からモータ回転数情報及びモータトルク情報、変速機８から現在選択されている変速段情報、バッテリ１８からＳＯＣ（State Of Charge）情報等の各種情報を取得する。

また、車両１には、アクセル踏込量を検出するアクセルセンサ２４（加速検出手段）が設けられており、当該アクセルセンサ２４もＥＣＵ２２に情報伝達可能に接続されている。
このように構成されたＥＣＵ２２は、バッテリ１８のＳＯＣや車両１の運転状態を監視し、燃費や排ガス性能の最適化を図りつつ、運転者の運転要求に応じた運転を行うべくエンジン２、モータ４、クラッチ６、変速機８等を制御する。

例えば、ＥＣＵ２２は、エンジン２を停止させた状態でモータトルクのみでの走行をしている場合において、アクセルの踏み込みを検出した際に、その加速要求度合いに応じて（加速判定手段）、適宜エンジン２を始動させる制御を行う（エンジン始動制御手段）。
以下、当該ＥＣＵ２２が行う車両加速時のエンジン始動制御について詳しく説明する。

ここで図２を参照すると、当該ＥＣＵ２２が実行する車両加速時のエンジン始動制御ルーチンを示すフローチャートが示されており、以下同フローチャートに沿って説明する。なお、当該エンジン始動制御は、エンジン２が停止状態であり、且つクラッチ６が遮断状態であって、モータ４のみにより車両１を駆動している際に、実行される。

まずステップＳ１として、ＥＣＵ２２は、アクセルセンサ２４からの情報に基づきアクセルの踏み込み（アクセルＯＮ）があるか否か、即ち加速要求があるか否かを判別する。当該判別結果が偽（Ｎｏ）である場合は当該ルーチンを終了する。一方、当該判別結果が真（Ｙｅｓ）である場合には、次のステップＳ２に進む。

ステップＳ２において、ＥＣＵ２２は、アクセルセンサ２４からのアクセル開度情報及び車両１の速度等に基づき車両１に要求されているトルク（以下、要求トルクという）を算出し、当該要求トルクがモータ４により発生可能なトルクよりも小であるか否かを判別する。当該判別結果が真（Ｙｅｓ）である場合、即ちモータトルクにより要求トルクを達成できる場合には、ステップＳ３に進む。

ステップＳ３において、ＥＣＵ２２は、アクセルセンサ２４のアクセル開度情報から車両１に急加速が要求されているか否かを判別する。当該急加速の判別は、例えばアクセルの踏み込み加速度が所定加速度以上である場合等、所定の加速要求以上である場合に急加速が要求されていると判別する。当該判別結果が偽（Ｎｏ）であり、急加速が要求されていない、即ち要求されている加速が緩加速である場合は、ステップＳ４に進む。

ステップＳ４においてＥＣＵ２２は、バッテリ１８のＳＯＣが所定ＳＯＣより小であるか否かを判別する。当該所定ＳＯＣは、例えばモータ４により緩加速を行うのに最低限必要なＳＯＣであって、且つエンジン２の始動に要するトルクを発生させることのできる程度のＳＯＣに設定されている。当該判別結果が偽（Ｎｏ）である場合、即ち、バッテリ１８のＳＯＣが十分にある場合には、モータ４のみでの緩加速が可能であり、エンジン２を始動する必要はなく、当該ルーチンを終了する。一方、当該判別結果が真（Ｙｅｓ）である場合、即ちバッテリ１８のＳＯＣが少なくモータ４のみでの緩加速が困難である場合はステップＳ５に進む。

ステップＳ５において、ＥＣＵ２２は、モータ４によりエンジン２を始動させる。当該モータ４によるエンジン始動は、具体的には、変速機８をニュートラル状態として、且つクラッチ６を徐々に接続していくことでクラッチ接続状態として、モータ４の駆動トルクをエンジン２に伝達させる。そして、モータ４がエンジン２を始動可能な程度に駆動トルクを増加させることでエンジン２をクランキングして、燃料噴射を開始することでエンジン２を始動させる。こうして緩加速の場合はモータ４による静寂なエンジン始動を行う。

一方、上記ステップＳ２において要求トルクがモータの発生可能トルク以上であり判別結果が偽（Ｎｏ）となった場合、又は上記ステップＳ３において加速要求が急加速要求と判別されて判別結果が真（Ｙｅｓ）なった場合には、ステップＳ６に進む。
ステップＳ６においてＥＣＵ２２は、クラッチ６を徐々に接続させていき、いわゆる半クラッチ状態で、駆動輪１６からの回転駆動力をエンジン２へと伝達させる。このとき、ＥＣＵ２２は、停止状態であるエンジン２と、回転駆動状態であるモータ４とのトルク差を小さくして、クラッチ接続によるエンジン始動にかかるトルクショックを抑制すべく、クラッチ６の入力側と出力側とのトルク差を減少させる方向にモータ４のトルクを調整する。例えば、当該モータ４の操作としては、一時的にモータ４の駆動トルクを増加する等して行う。このようにして、主に駆動輪１６からの回転駆動力を利用した、いわゆる押し掛け始動によりエンジン２を迅速に始動する。

上記ステップＳ５又はステップＳ６においてエンジン２を始動させた後は、ステップＳ７に進む。当該ステップＳ７においてＥＣＵ２２は、駆動源としてエンジン２とモータ４とを用いて加速要求に応じたトルクを達成するよう、モータアシスト走行モードによる走行を行い当該ルーチンを終了する。
以上のようにして、ＥＣＵ２２は、エンジン停止中に急加速が要求された時にはスタータ２ａを用いず、クラッチ６の接続により、駆動輪１６側からの回転駆動力を利用した押し掛け始動を行うことで、迅速なエンジン始動を行うことができる。また、モータ４により発生可能なトルクが加速要求に応じた要求トルクを達成できない場合にも押し掛け始動を行うことで、迅速なエンジン始動を行うことができる。さらに、押し掛け始動のためにクラッチ６を接続させていく際には、クラッチ６の入力側と出力側とのトルク差を減少させる方向に前記モータ４のトルクを調節することで、押し掛け始動の際のクラッチ接続によるトルクショックを抑制することができる。

一方、急加速でない緩加速時においては迅速な始動を必要としないとみなし、モータ４によるエンジン始動を行うことで、静寂性の高いエンジン始動を行うことができる。さらに、この場合もスタータ２ａを使用することがないことから、加速時におけるスタータ２ａの使用頻度を低減することができる。
これらのことから、スタータ２ａの耐久性を確保しつつ、急加速時にも迅速にエンジン２を始動させ、円滑な加速を行うことができる。

以上で本発明に係るハイブリッド電気自動車の制御装置の実施形態についての説明を終えるが、実施形態は上記実施形態に限られるものではない。
上記実施形態では、車両１の急加速の判別において（ステップＳ３）、アクセルの踏み込み加速度が所定加速度以上である場合に急加速と判別しているが、急加速の判別方法はこれに限られるものではない。

１ 車両
２ エンジン
２ａ スタータ
４ モータ
６ クラッチ
８ 変速機
１６ 駆動輪
１８ バッテリ
２２ ＥＣＵ（加速判定手段、エンジン始動制御手段）
２４ アクセルセンサ（加速要求検出手段）

Claims (3)

1. 駆動源としてエンジン及びモータを備えたハイブリッド電気自動車の制御装置であって、
   前記エンジン及び前記モータとの間に設けられ、当該エンジンから当該モータを介して駆動輪へと伝達される当該エンジンの駆動力の接続及び遮断を行うクラッチと、
   加速要求を検出する加速要求検出手段と、
   前記加速要求検出手段により検出された加速要求が所定の加速要求以上である急加速であるか否かを判定する加速判定手段と、
   前記エンジンを停止させた状態で、前記加速要求検出手段により加速要求が検出された際に、前記加速判定手段により急加速でないと判定された場合には、前記クラッチを接続させていき、前記モータにより発生するトルクのみにより前記エンジンを始動させ、前記加速判定手段により急加速と判定された場合には、前記クラッチを接続させていき、前記駆動輪側からの回転駆動力による押し掛け始動により前記エンジンを始動させるエンジン始動制御手段と、
   を備えることを特徴とするハイブリッド電気自動車の制御装置。
2. 前記エンジン始動制御手段は、前記エンジンを停止させた状態で、前記加速要求検出手段により加速要求を検出された際に、前記モータにより発生可能なトルクが当該加速要求応じたトルクを達成できない場合にも、前記クラッチを接続させていき、前記駆動輪側からの回転駆動力による押し掛け始動により前記エンジンを始動させることを特徴とする請求項１記載のハイブリッド電気自動車の制御装置。
3. 前記エンジン始動制御手段は、前記押し掛け始動のために前記クラッチを接続させていく際に、当該クラッチの入力側と出力側とのトルク差を減少させる方向に前記モータのトルクを調節することを特徴とする請求項１または２記載のハイブリッド電気自動車の制御装置。

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