JP2013184689A

JP2013184689A - ハイブリッド車両

Info

Publication number: JP2013184689A
Application number: JP2012054235A
Authority: JP
Inventors: Koji Murakami; 香治村上
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2012-03-12
Filing date: 2012-03-12
Publication date: 2013-09-19

Abstract

【課題】マニュアルクラッチに対する操作状態に拘らずエンジンストールを回避した発進が可能なハイブリッド車両を提供する。
【解決手段】ハイブリッド車両１は、エンジン２の動力を利用して車両を発進させる場合においてマニュアルクラッチ１２が解放状態から係合状態へ切り替えられたときに、エンジン２のエンジンストールを回避し得るトルク容量以下で、かつエンジン２の動力を駆動輪１０に伝達し得るトルク容量以上の範囲内で自動クラッチ１１を制御する。
【選択図】図１

Description

本発明は、走行用動力源としてエンジンと電動機とが設けられたハイブリッド車両に関する。

エンジンから駆動輪に至る動力伝達経路に、モータ・ジェネレータ及びマニュアルトランスミッションがそれぞれ配置され、エンジンとモータ・ジェネレータとの間に自動クラッチが設けられるとともに、モータ・ジェネレータとマニュアルトランスミッションとの間にマニュアルクラッチが設けられたハイブリッド車両が知られている（特許文献１）。
その他、本発明に関連する先行技術文献として特許文献２及び３が存在する。

特開２０１１−１８３８４７号公報特開２００９−２１４６４１号公報特開平１０−３７７７６号公報

特許文献１のハイブリッド車両は、エンジンのみを駆動源とするエンジン走行モード、モータ・ジェネレータのみを駆動源とするＥＶ走行モード、並びにエンジン及びモータ・ジェネレータを駆動源とするハイブリッド走行モードの間で走行モードを切り替えることができる。この車両はシフトレバーがＥＶポジションに操作されることによってＥＶ走行モードを実施する場合、自動クラッチを開放してエンジンとモータ・ジェネレータとを切り離してエンジンを停止させる。しかしながら、特許文献１の車両は、シフトレバーの第１速段への操作に応じてエンジン走行モードで車両を発進させる場合、自動クラッチが繋がれたままである。そのため、ドライバがクラッチペダルをラフに操作するとエンジンストールするおそれがある。

そこで、本発明は、マニュアルクラッチに対する操作状態に拘らずエンジンストールを回避した発進が可能なハイブリッド車両を提供することを目的とする。

本発明のハイブリッド車両は、エンジンと、駆動輪と、前記エンジンの動力を前記駆動輪に伝達する動力伝達経路に設けられた電動機と、前記電動機と前記駆動輪との間の前記動力伝達経路に設けられたマニュアルトランスミッションと、前記エンジンと前記電動機との間の前記動力伝達経路に設けられた自動クラッチと、前記電動機と前記マニュアルトランスミッションとの間の前記動力伝達経路に設けられたマニュアルクラッチと、前記エンジン又は前記電動機の動力を利用して車両を発進させる発進制御手段と、を備え、前記発進制御手段は、前記エンジンの動力を利用して前記車両を発進させる場合において前記マニュアルクラッチが解放状態から係合状態へ切り替えられたときに、前記エンジンのエンジンストールを回避し得るトルク容量以下で、かつ前記エンジンの動力を前記駆動輪に伝達し得るトルク容量以上の範囲内となるように前記自動クラッチを制御するトルク容量制御を実施するものである（請求項１）。

このハイブリッド車両によれば、トルク容量制御の実施により自動クラッチの伝達トルクがエンジンストールを回避し得るトルク容量以下に抑えられるため、マニュアルクラッチの操作状態に拘らずエンジンストールを回避できる。しかも、トルク容量制御の実施によりエンジンの動力を駆動輪に伝達し得るトルク容量が確保されるので、車両を違和感なく発進させることができる。

本発明のハイブリッド車両の一態様において、前記発進制御手段は、前記エンジンの動力を利用して前記車両を発進させる場合において前記マニュアルクラッチが解放状態から係合状態へ切り替えられたときに、ドライバの発進意図が否定される条件が成立した場合に、前記エンジンをエンジンストールさせるエンジンストール処理を実施してもよい（請求項２）。例えば、ドライバのシフト操作の勘違いでクラッチペダルを踏み込んだ状態から急に離すなどドライバに発進意図がないにも拘らずクラッチペダルが解放状態から係合状態へ短時間で変化する状況が起こる。このような場合には車両を発進させるのではなくエンジンストールが生じた方が自然である。この態様によれば、ドライバの発進意図が否定される条件が成立した場合にエンジンストール処理が実施される。そのため、ドライバの発進意図がないにも拘らず車両が発進することを回避できる。

本発明のハイブリッド車両の一態様において、前記発進制御手段は、前記電動機の動力を利用して前記車両を発進させる場合において、前記トルク容量制御の実施時に前記自動クラッチにて伝達されるトルクと同じトルクを上限として前記電動機の出力を制限してもよい（請求項３）。この態様によれば、エンジンの動力で発進する場合と、電動機の動力で発進する場合との間で発進時に駆動輪から出力されるトルクが変化しない。そのため、車両の発進時にドライバが違和感を覚えることを防止できる。

以上説明したように、本発明のハイブリッド車両によれば、トルク容量制御の実施により自動クラッチの伝達トルクがエンジンストールを回避し得るトルク容量以下に抑えられるため、マニュアルクラッチの操作状態に拘らずエンジンストールを回避できる。しかも、トルク容量制御の実施によりエンジンの動力を駆動輪に伝達し得るトルク容量が確保されるので、車両を違和感なく発進させることができる。

本発明の一形態に係るハイブリッド車両の全体構成を概略的に示した図。図１のハイブリッド車両の制御ルーチンの一例を示したフローチャート。トルク容量制御の実施時における各クラッチのトルク容量及びエンジンの回転速度の時間的変化を示したタイミングチャート。第２の形態に係る制御ルーチンの一例を示したフローチャート。モータトルクの時間的変化を示した説明図。

（第１の形態）
図１に示したように、ハイブリッド車両１は、その走行用動力源として、内燃機関（以下、エンジンと称する。）２と、本発明に係る電動機に相当するモータ・ジェネレータ（以下、ＭＧと称する。）３とを備えている。エンジン２はその詳しい説明を省略するがレシプロ式の火花点火型内燃機関として構成されている。ＭＧ３は電動機としての機能と発電機としての機能とを兼ね備えている。ハイブリッド車両１の減速時などにはＭＧ３を発電機として機能させる回生制御が実施され、ＭＧ３で発電された電力は不図示のバッテリに蓄えられる。

ハイブリッド車両１は駆動輪１０を有しており、エンジン２から駆動輪１０に至る動力伝達経路７にはＭＧ３が設けられている。ＭＧ３と駆動輪１０との間の動力伝達経路７には運転者に操作されるマニュアルトランスミッション（以下ＭＴと称する。）８が設けられており、そのＭＴ８を介して出力されたエンジン２やＭＧ３の動力は差動機構９を介して左右の駆動輪１０に分配される。ＭＴ８は前進６段後退１段の変速段を有し、各変速段の切り替えは不図示のシフトノブをドライバが操作し、そのシフトノブの動きに合わせて不図示の歯車機構が操作されることによって実現される。

エンジン２とＭＧ３との間の動力伝達経路７には自動クラッチ１１が設けられ、ＭＧ３とＭＴ８との間の動力伝達経路７にはマニュアルクラッチ１２が設けられている。自動クラッチ１１は電力供給量を制御することで操作される周知の電磁式クラッチとして構成されている。自動クラッチ１１は、電力が供給されると係合状態から解放状態に切り替えられ、電力供給が停止されると係合状態に復帰する。また、自動クラッチ１１は電力供給量を調整することによって、解放状態から完全な係合状態に移行するまでトルク容量（伝達トルク）を自由に調整することができる。自動クラッチ１１は解放状態で動力伝達経路７を分断し係合状態で動力伝達経路７を接続する。マニュアルクラッチ１２はクラッチペダル１３が運転者によって踏み込み操作されると係合状態から解放状態に切り替えられ、クラッチペダル１３への踏み込み操作が解除されクラッチペダル１３が元の状態に戻ると係合状態に復帰する。クラッチペダル１３の操作力は油圧回路１４にて増幅されてマニュアルクラッチ１２に伝達される。マニュアルクラッチ１２も自動クラッチ１１と同様に解放状態で動力伝達経路７を分断し係合状態で動力伝達経路７を接続する。

上述したエンジン２、ＭＧ３及び自動クラッチ１１の各動作はコンピュータとして構成された電子制御装置（ＥＣＵ）２０にて制御される。ＥＣＵ２０はエンジン２の燃焼制御やハイブリッド車両１の走行モードの切り替え制御等様々な制御を行うが、ここでは本発明に関連してＥＣＵ２０が行う制御について説明し他の制御については説明を省略ないし簡略化する。

ＥＣＵ２０には各種の制御で使用する物理量を取得するため、種々のセンサ等の検出装置が接続されている。本発明に関連する検出装置としては、エンジン２の回転数（回転速度）に応じた信号を出力するクランク角センサ２１、ハイブリッド車両１の車速に応じた信号を出力する車速センサ２２及びクラッチペダル１３の操作量に応じた信号を出力するクラッチペダルセンサ２３がそれぞれ設けられており、これらの出力信号はＥＣＵ２０に入力される。

本形態はハイブリッド車両１の発進時における制御内容に特徴がある。図２に示した制御ルーチンのプログラムはＥＣＵ２０に記憶されており、適時に読み出されて所定間隔でエンジン２の停止中に繰り返し実行される。

ステップＳ１１において、ＥＣＵ２０はエンジンの動力を利用して発進するエンジン発進か否かを判定する。エンジン発進はバッテリの蓄電量が所定基準よりも少ない、あるいはエンジン２の暖機完了前などの特定条件が成立した場合に実施される。それ以外の場合はＭＧ３の動力を利用して発進するＥＶ発進が行われる。エンジン発進か否かの判定はエンジン２の回転速度及び車速に基づいて判定する。この判定の際にはクラッチペダル１３の踏み込み操作の有無が考慮される。例えば、ＥＣＵ２０はクラッチペダル１３が踏み込まれてマニュアルクラッチ１２が解放状態に操作されてからクラッチペダル１３の踏み込みが緩められてマニュアルクラッチ１２が係合状態に向かって動作するときに、エンジン２の回転速度がアイドリング回転数よりも高い所定値を超え、かつ車速が停車中と見なし得る上限値以下の場合にエンジン発進であると判定する。クラッチペダル１３の踏み込み操作の有無及びその操作量はクラッチペダルセンサ２３の出力信号を参照することにより取得される。また、エンジン２の回転速度はクランク角センサ２１の出力信号を参照することにより、車速は車速センサ２２の出力信号を参照することによりそれぞれ取得される。エンジン発進の場合はステップＳ１２に進み、そうでない場合は以後の処理をスキップして今回のルーチンを終了する。

ステップＳ１２において、ＥＣＵ２０はトルク容量制御を実施し、その後、ルーチンを終了する。トルク容量制御はエンジン２のエンジンストールを回避し得るトルク容量以下で、かつエンジン２の動力を駆動輪１０に伝達し得るトルク容量以上の範囲内で自動クラッチ１１を制御するものである。トルク容量の操作範囲の上限値及び下限値は実機を用いた試験又はシミュレーションを実施することにより特定できる。上述したように、自動クラッチ１１は解放状態から完全に係合状態に至るまでの操作範囲内でトルク容量を自由に制御できる。したがって、ＥＣＵ２０は自動クラッチ１１への電力供給量とトルク容量との対応関係に基づいて、自動クラッチ１１のトルク容量が上記範囲内に収まるように電力供給量を制御する。なお、トルク容量制御においては、自動クラッチ１１の動作誤差やエンジン２の運転状態を考慮して、エンジンストールを回避し得るトルク容量に対して解放側に安全マージンを設定し、その安全マージンの下限値を制御目標とすることもできる。

図３に示すように、マニュアルクラッチ１２が解放状態である時刻ｔ１から比較的短期間で係合状態へ操作された場合、マニュアルクラッチ１２のトルク容量が上昇し、それに応じてエンジン２の回転速度Ｎｅが下降する。このままの状態で、マニュアルクラッチ１２の伝達トルクが増加するとエンジンストールが生じ得る限界値Ｔｍａｘを超える。そこで、マニュアルクラッチ１２が解放状態から係合状態に操作された場合に、トルク容量制御が開始される。これにより、自動クラッチ１１によって伝達トルクの上昇が緩和されてトルク容量が限界値Ｔｍａｘ未満に抑えられる。したがって、クラッチペダル１３がドライバによってラフに操作されても、エンジンストールを回避することが可能である。なお、限界値Ｔｍａｘはエンジン２の回転速度Ｎｅによって変化する特性を持つ。すなわち、エンジン２の回転速度Ｎｅが高くなれば限界値Ｔｍａｘも大きくなり、エンジン２の回転速度Ｎｅが低くなれば限界値Ｔｍａｘも小さくなる。また、図３の一点鎖線で示すように、マニュアルクラッチ１２が限界値Ｔｍａｘを超えないようにドライバにて操作された場合はトルク容量制御が実施されなくても発進が可能である。図２の制御をＥＣＵ２０が実行することにより、ＥＣＵ２０は本発明に係る発進制御手段として機能する。

（第２の形態）
次に、図４を参照しながら本発明の第２の形態を説明する。第２の形態は、車両発進時に実施する制御を除いて第１の形態と同一である。したがって、車両１の物理的構成に関しては図１が参照される。図４の制御ルーチンのプログラムはＥＣＵ２０に記憶されており、適時に読み出されて所定間隔でエンジン２の停止中に繰り返し実行される。

図４に示すように、ステップＳ２１において、ＥＣＵ２０はエンジンの動力を利用して発進するエンジン発進か否かを判定する。この処理は第１の形態の図２のステップＳ１１と同じ処理である。エンジン発進の場合はステップＳ２２に進み、そうでない場合は以後の処理をスキップして今回のルーチンを終了する。ステップＳ２２において、ＥＣＵ２０はトルク容量制御を実施し、その後、ルーチンを終了する。ステップＳ２２も第１の形態の図２のステップＳ１２と同じ処理である。

ステップＳ２３において、ＥＣＵ２０はドライバの発進意図の有無を判定する。この発進意図はクラッチペダル１３の動作速度や位置などで判断する。例えば、クラッチペダル１３が踏み込まれた状態から瞬間的に離される等のクラッチペダル１３の動作をクラッチペダルセンサ２３の信号に基づいて把握する。例えば、クラッチペダル１３の動作速度が所定値以上の場合は、ドライバが発進時に行う動作とは言えない。そこで、このようなクラッチペダル１３の動作を把握した場合は発進意図が否定される条件が成立したものとして、ドライバの発進意図がないものと判定する。発進意図がないと判定した場合はステップＳ２４に進み、発進意図がある場合は以後の処理をスキップして今回のルーチンを終了する。

ステップＳ２４において、ＥＣＵ２０はエンジンストール処理を実施する。エンジンストール処理においては、エンジン２をエンジンストールさせることができればどのような方法でエンジンストールさせてもよい。例えば、自動クラッチ１１を、限界値Ｔｍａｘを上回るように短時間で完全な係合状態に操作してエンジンストールさせることができる。また、エンジン２の燃料供給を停止するフューエルカットを実施してエンジンストールさせることも可能である。フューエルカットを実施してエンジンストールさせる場合は、燃料消費を抑えることができるとともに、自動クラッチ１１にダメージを与えることを回避できる。

第２の形態によれば、発進変速段（例えば第１速段）が選択されているにも拘らずニュートラルポジションであるとドライバが勘違いしてクラッチペダル１３が踏み込み状態から急に離された場合に、エンジンストール処理によってエンジン２はエンジンストールする。そのため、マニュアルクラッチ１２が解放状態から係合状態へ切り替えられたときにトルク容量制御が行われることによって、上記のようにドライバが勘違いしているにも拘らず車両が発進する事態を回避することができる。図４の制御ルーチンをＥＣＵ２０が実行することにより、ＥＣＵ２０は本発明に係る発進制御手段として機能する。

（第３の形態）
次に、図５を参照しながら本発明の第３の形態を説明する。第３の形態は、ＭＧ３の動力を利用して発進させるＥＶ発進の実施時に行われる制御に特徴がある。エンジン発進における制御は第１又は第２の形態の制御を実施してよい。図５に示したように、第３の形態はＭＧ３の出力を、エンジン発進時に実施されるトルク容量制御で自動クラッチ１１にて伝達されるトルクと同じトルクを上限として、制限するものである。すなわち、この形態において、ＥＣＵ２０はＥＶ発進時に出力されるモータトルクＴを、エンジンストールを回避し得る限界値Ｔｍａｘを上限として制限する。より正確にいえば、限界値Ｔｍａｘよりも若干小さい破線で示したガード値ＴｇにモータトルクＴを制御する。そのため、エンジン発進の場合とＥＶ発進の場合との間で発進時に駆動輪から出力されるトルクが変化しない。そのため、車両の発進時にドライバが違和感を覚えることを防止できる。

本発明は上記形態に限定されず、本発明の要旨の範囲内において種々の形態にて実施できる。上記第２の形態では、トルク容量制御を開始してからドライバの発進意図がない場合にエンジンストール処理を行っているが、ドライバの発進意図がない場合はトルク容量制御を実行せずにエンジンストール処理のみを実施することもできる。

１ハイブリッド車両
２エンジン
３ＭＧ（電動機）
８ＭＴ
１０駆動輪
１１自動クラッチ
１２マニュアルクラッチ
２０ＥＣＵ（発進制御手段）

Claims

エンジンと、駆動輪と、前記エンジンの動力を前記駆動輪に伝達する動力伝達経路に設けられた電動機と、前記電動機と前記駆動輪との間の前記動力伝達経路に設けられたマニュアルトランスミッションと、前記エンジンと前記電動機との間の前記動力伝達経路に設けられた自動クラッチと、前記電動機と前記マニュアルトランスミッションとの間の前記動力伝達経路に設けられたマニュアルクラッチと、前記エンジン又は前記電動機の動力を利用して車両を発進させる発進制御手段と、を備え、
前記発進制御手段は、前記エンジンの動力を利用して前記車両を発進させる場合において前記マニュアルクラッチが解放状態から係合状態へ切り替えられたときに、前記エンジンのエンジンストールを回避し得るトルク容量以下で、かつ前記エンジンの動力を前記駆動輪に伝達し得るトルク容量以上の範囲内となるように前記自動クラッチを制御するトルク容量制御を実施する、ことを特徴とするハイブリッド車両。
前記発進制御手段は、前記エンジンの動力を利用して前記車両を発進させる場合において前記マニュアルクラッチが解放状態から係合状態へ切り替えられたときに、ドライバの発進意図が否定される条件が成立した場合に、前記エンジンをエンジンストールさせるエンジンストール処理を実施する請求項１に記載のハイブリッド車両。
前記発進制御手段は、前記電動機の動力を利用して前記車両を発進させる場合において、前記トルク容量制御の実施時に前記自動クラッチにて伝達されるトルクと同じトルクを上限として前記電動機の出力を制限する請求項１又は２に記載のハイブリッド車両。