JP2013199211A - ハイブリッド車両の制御装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】内燃機関の始動時に係合するクラッチの係合ショックを抑制し、摩擦損失を低減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】内燃機関と電動機と駆動軸との間で動力を分割・合成して伝達する動力分割機構と、前記内燃機関に対する動力の入出力を選択的に遮断するクラッチとを備え、前記電動機の出力により前記内燃機関の回転数を制御可能なハイブリッド車両の制御装置において、EV走行中に前記内燃機関を始動する場合、車速に応じて前記電動機の出力を制御して前記クラッチの回転数差を減少させる差回転低減手段(ステップS5)と、前記クラッチの回転数差が減少した後に、前記クラッチを係合して前記内燃機関の回転数を上昇させる押しがけ手段(ステップS8)と、前記内燃機関の回転数が所定回転数まで上昇した状態で、前記内燃機関を始動させる始動手段(ステップS9)とを設けた。
【選択図】図4
【解決手段】内燃機関と電動機と駆動軸との間で動力を分割・合成して伝達する動力分割機構と、前記内燃機関に対する動力の入出力を選択的に遮断するクラッチとを備え、前記電動機の出力により前記内燃機関の回転数を制御可能なハイブリッド車両の制御装置において、EV走行中に前記内燃機関を始動する場合、車速に応じて前記電動機の出力を制御して前記クラッチの回転数差を減少させる差回転低減手段(ステップS5)と、前記クラッチの回転数差が減少した後に、前記クラッチを係合して前記内燃機関の回転数を上昇させる押しがけ手段(ステップS8)と、前記内燃機関の回転数が所定回転数まで上昇した状態で、前記内燃機関を始動させる始動手段(ステップS9)とを設けた。
【選択図】図4
Description
この発明は、走行のための駆動力源として内燃機関および発電機能のある電動機を備えているハイブリッド車両の走行を制御する制御装置に関し、特に、内燃機関の運転を停止した状態で電動機のみを駆動力源として走行するEV走行が可能なハイブリッド車両の制御装置に関するものである。
ハイブリッド車両は、駆動力源としてガソリンエンジンやディーゼルエンジンなどの内燃機関、およびモータ・ジェネレータなどの発電機能のある電動機を搭載した車両であり、内燃機関と電動機とが持つそれぞれの特性を生かすことにより、燃費を向上させることができ、また排気ガスの低減を図ることができる車両である。例えば、内燃機関を燃焼効率の良い運転点で運転し、かつ車両に要求される駆動トルクを電動機で付加することができる。さらに、減速時にエネルギ回生を行いその際に発生させた電力を走行のために使用することもできる。そのため、走行に対する要求を満たしつつ、燃費を向上させ、かつ排ガスの低減を図ることが可能である。そのようなハイブリッド車両に関する発明の一例が特許文献1に記載されている。
この特許文献1に記載されたハイブリッド駆動装置は、エンジンと、第1モータ・ジェネレータと、第2モータ・ジェネレータと、駆動輪に動力伝達可能に連結された出力ギヤと、3つの回転要素を有する遊星歯車装置と、入力軸とエンジンとを選択的に連結するクラッチと、遊星歯車装置のキャリアに連結されたエアコン用コンプレッサやオイルポンプなどの補機と、それら補機を駆動する動力を取り出すための駆動プーリとを備え、遊星歯車装置のサンギヤに第1モータ・ジェネレータが連結され、遊星歯車装置のリングギヤに出力ギヤが連結されている。そして、エンジンが停止している場合に、クラッチが解放状態にされ、補機が必要とする回転速度で遊星歯車装置のキャリアが回転するよう第1モータ・ジェネレータが駆動されるように構成されている。
また、この特許文献1には、車両の駆動力源として第2モータ・ジェネレータのみの出力トルクが駆動輪に伝達される電動走行モードから、エンジンの出力トルクが第1モータ・ジェネレータと出力ギヤすなわち駆動輪とに分配されて伝達されるスプリット走行モードへの切り替えの際に、クラッチを解放状態から係合状態に切り替え、第1モータ・ジェネレータの出力トルクによりエンジンを始動させる制御例が記載されている。また、そのエンジンを始動させるためのクラッチの係合の際には、係合ショックを抑制するために、クラッチを滑らせながら係合させることが記載されている。
なお、特許文献2には、エンジンと、補機駆動用モータと、エンジンの出力軸と補機駆動用モータの出力軸とを選択的に連結する電磁式クラッチとを備え、エンジンの再始動時には、電磁式クラッチを係合してエンジンの出力軸と補機駆動用モータの出力軸とを連結させた後に、補機駆動用モータを駆動してエンジンを再始動させるように構成されたエンジンの始動装置が記載されている。そして、この特許文献2には、エンジンを再始動させる際には、係合ショックやクラッチ板の摩耗を抑制するために、補機駆動用モータの回転数を低下させた後に電磁式クラッチを係合させることが記載されている。
上記の特許文献1に記載されているハイブリッド駆動装置のように、エンジンと他の駆動力源および駆動輪との間の動力伝達経路に、それらの間の動力伝達を選択的に遮断可能なクラッチが設けられることにより、モータ・ジェネレータなどエンジン以外の他の駆動力源の出力により走行する際に、もしくはエンジンの運転を停止して惰力走行する際に、いわゆるエンジンの連れ回りを回避し、エネルギ効率を向上させることができる。そして、エンジンを始動するためにクラッチを係合させる際には、上記のようにクラッチを滑らせながら係合させることにより、クラッチの係合ショックを抑制し、ドライバビリティの低下を防ぐことができる。しかしながら、クラッチを滑らせて係合させる場合、車速によってはクラッチの滑りによる摩擦損失が増大してしまうおそれがある。すなわち、車速が十分に低い状態でクラッチを係合させる場合は、クラッチにおける摩擦損失も小さいが、車速が高い状態でクラッチを係合させる場合には、クラッチにおけるエンジン側の係合部材と駆動輪側の係合部材との間の回転数差が大きくなるため、クラッチにおける摩擦損失が増大し、その結果、エネルギ効率が低下してしまう可能性があった。
この発明は上記の技術的課題に着目してなされたものであり、動力伝達経路から内燃機関を切り離すことが可能なクラッチを設けたハイブリッド車両において、走行中に内燃機関を始動するためクラッチを係合する際の係合ショックを抑制することができ、かつクラッチの摩擦損失を低減してエネルギ効率が良好な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ものである。
上記の目的を達成するために、請求項1の発明は、内燃機関および電動機を駆動力源とするハイブリッド車両であって、前記内燃機関と前記電動機と駆動軸との間で動力を分割もしくは合成して伝達する動力分割機構と、前記内燃機関に対する動力の入出力を選択的に遮断するクラッチとを備え、前記電動機の出力を制御することにより前記内燃機関の回転数を制御することが可能なハイブリッド車両の制御装置において、前記内燃機関の燃焼運転が停止され、かつ前記クラッチが解放されて前記内燃機関に対する動力の入出力が遮断されている状態で、前記車両が走行している際に、車速に応じて前記電動機の出力を制御することにより、前記クラッチの入力側回転部材と出力側回転部材との間の回転数差を減少させる差回転低減手段と、前記入力側回転部材と前記出力側回転部材との間の回転数差が減少した後に、前記クラッチを係合して前記内燃機関の回転数を上昇させる押しがけ手段と、前記内燃機関の回転数が始動に適した所定回転数まで上昇した状態で、前記内燃機関の燃焼運転を始動させる始動手段とを備えていることを特徴とする制御装置である。
また、請求項2の発明は、請求項1の発明において、前記差回転低減手段が、前記車速が高いほど前記電動機の回転数増大量が大きくなるように、前記電動機の出力を制御する手段を含むことを特徴とする制御装置である。
また、請求項3の発明は、請求項1または2の発明において、前記差回転低減手段が、前記入力側回転部材と前記出力側回転部材との間の回転数差を所定値まで減少させる手段を含み、前記押しがけ手段が、前記入力側回転部材と前記出力側回転部材との間の回転数差が前記所定値まで減少した後に、前記クラッチを係合して前記内燃機関の回転数を上昇させる手段であって、車速が増加するにつれて前記所定値を小さくする手段を含むことを特徴とする制御装置である。
また、請求項4の発明は、請求項1の発明において、前記動力分割機構が、第1回転要素と、前記第1回転要素が回転する際に反力要素となる第2回転要素と、前記第1回転要素および前記第2回転要素の回転速度に基づいて決まる回転速度で回転する第3回転要素とを有する差動歯車装置から構成され、前記第1回転要素に前記クラッチを介して前記内燃機関が連結され、前記第2回転要素に前記電動機が連結され、前記第3回転要素に前記駆動軸が連結されていて、前記差回転低減手段が、前記車速が高いほど前記内燃機関の回転方向と逆方向の前記電動機の回転数増大量が大きくなるように、前記電動機の出力を制御する手段を含むことを特徴とする制御装置である。
また、請求項5の発明は、請求項1から4のいずれかの発明において、前記内燃機関の燃焼運転が停止され、かつ前記クラッチが解放されて前記内燃機関に対する動力の入出力が遮断されている状態で、前記車両が走行している際に、前記車速が低速走行状態を判断するために設定した所定車速よりも低い場合には、前記クラッチを係合した後に前記電動機の出力により前記内燃機関の回転数を上昇させるモータリング手段を更に備えていることを特徴とする制御装置である。
そして、請求項6の発明は、請求項1から5のいずれかの発明において、前記駆動軸と直接動力伝達可能に連結された第2の電動機と、前記電動機の出力により前記入力側回転部材と前記出力側回転部材との間の回転数差を減少させる際に、前記第2の電動機の出力により前記車両の駆動力を補償する補償手段とを更に備えていることを特徴とする制御装置である。
請求項1の発明によれば、内燃機関の燃焼運転が停止した状態で電動機の出力によりハイブリッド車両を走行させている際に、内燃機関を始動させる場合は、先ず、内燃機関が停止していることから解放されていたクラッチが係合させられる。そのクラッチの係合の際には、クラッチの係合ショックを抑制するために、クラッチの入力側回転部材と出力側回転部材との間の回転数差が減少するように、電動機の出力が車速に応じて制御される。そして、クラッチにおける上記の回転数差が減少した後に、そのクラッチを係合し、電動機および駆動輪からのトルクを動力分割機構を介して内燃機関へ伝達させることにより、内燃機関の回転数が上昇させられる。すなわち、いわゆる押しがけにより内燃機関がクランキングされる。そしてその後、内燃機関の回転数が所定回転数まで上昇した状態で、内燃機関の燃焼運転が始動される。そのため、走行中に内燃機関を始動するためクラッチを係合する際の係合ショックを抑制し、そのショックや違和感を運転者に与えてしまうことによるドライバビリティの低下を防止することができる。また、クラッチを係合する際の回転数差が低減されることから、そのクラッチの係合の際に発生する摩擦損失を低減することができ、その結果、摩擦損失が増大することに起因する燃費の悪化やクラッチの耐久性の低下を防止することができる。
また、請求項2の発明によれば、上記のように電動機の出力を制御してクラッチの入力側回転部材と出力側回転部材との間の回転数差を減少させる場合、車速が高いほど電動機の回転数の増大量が大きくなるように、電動機が制御される。内燃機関の運転を停止した状態でクラッチを解放して走行している場合、内燃機関に連結されている側のクラッチの回転部材の回転数が0もしくはほぼ0であることから、クラッチの各回転部材間の回転数差は、車速が高くなるほど大きくなる。したがって、この請求項2の発明では、上記のように、車速が高いほど電動機の回転数増大量が大きくなるように、電動機を制御することにより、車速に応じて変化するクラッチの各回転部材間の回転数差を適切に減少させることができる。
また、請求項3の発明によれば、上記のように電動機の出力を制御してクラッチの入力側回転部材と出力側回転部材との間の回転数差を減少させる場合、その回転数差が所定値まで低下するように、電動機が制御される。そしてその場合の所定値は、車速が増加するにつれて小さくなるように設定される。したがって、この請求項3の発明では、上記のように、クラッチの入力側回転部材と出力側回転部材との間の回転数差を、車速が増加するにつれて小さくなるように設定される所定値まで減少させるように、電動機を制御することにより、車速に応じて変化するクラッチの各回転部材間の回転数差を適切に減少させることができる。
また、請求項4の発明によれば、動力分割機構が遊星歯車装置によって構成され、その反力要素に電動機が連結されていることから、電動機を内燃機関の回転方向と逆方向に回転させることにより、クラッチを介して内燃機関と連結される第1回転要素の回転数を引き下げる(0に近づける)ことができる。内燃機関の運転を停止した状態でクラッチを解放して走行している場合、内燃機関に連結されている側のクラッチの回転部材の回転数が0であることから、クラッチにおける各回転部材間の回転数差は、車速が高くなるほど大きくなる。したがって、この請求項4の発明では、上記のように、車速が高いほど内燃機関の回転方向と逆方向の電動機の回転数増大量が大きくなるように、電動機を制御することにより、車速に応じて変化するクラッチにおける回転数差を適切に減少させることができる。
また、請求項5の発明によれば、ハイブリッド車両が十分に低車速で走行している場合には、クラッチが係合され電動機の出力によって内燃機関の回転数が上昇させられる。すなわち、内燃機関が電動機によりいわゆるモータリングが行われる。車速が十分に低い場合は、クラッチを係合する際の摩擦損失や係合ショックの影響も十分に小さいため、したがって、この請求項5の発明では、低車速時には、上記のように、先にクラッチを係合し、電動機の出力によって内燃機関をモータリングすることにより、内燃機関の回転数を応答性良く上昇させることができる。
そして、請求項6の発明によれば、上記のように電動機の出力によりクラッチの各回転部材の回転を同期させる場合に、第2の電動機の出力により駆動力が補償される。そのため、電動機の出力が駆動力以外に使われる際の駆動力の落ち込みを抑制することができ、ドライバビリティの低下を回避することができる。
次に、この発明を図を参照して具体的に説明する。図1にこの発明で制御の対象とするハイブリッド車両のドライブトレーンおよび制御系統を示してある。すなわち、この図1に示す車両Veは、いわゆる2モータタイプのハイブリッド車両であって、駆動力源としてエンジン1と2基のモータ・ジェネレータ2,3とを備え、エンジン1が出力する動力を第1モータ・ジェネレータ(MG1)2と駆動軸4とに分割するとともに、第2モータ・ジェネレータ(MG2)3の出力する動力を直接駆動軸4に伝達できるように構成されている。
エンジン(ENG)1は、ガソリンエンジンやディーゼルエンジンあるいはLPGエンジンなどの燃料を燃焼させて動力を出力する内燃機関である。この図1では、スロットル開度や燃料噴射量などの負荷を電気的に制御することが可能な電子制御式のスロットルバルブや電子制御式の燃料噴射装置等を備え、所定の負荷に対して回転数を電気的に制御することにより燃費が最も良好な最適運転点に設定できるガソリンエンジンが搭載された例を示している。
第1モータ・ジェネレータ(MG1)2および第2モータ・ジェネレータ(MG2)3は、いずれも、駆動電力が供給されることによりトルクを出力するモータとしての機能と、トルクが与えられることにより発電電力を発生する発電機としての機能との両方を兼ね備えた電動機である。それら第1モータ・ジェネレータ2および第2モータ・ジェネレータ3としては、例えば、永久磁石式同期モータ(PM)あるいは誘導モータ(IM)などの交流モータが用いられる。
エンジン1が出力する動力を第1モータ・ジェネレータ2と駆動軸4とに分割するための動力分割機構5が設けられている。この動力分割機構5は、第1回転要素、第2回転要素、および第3回転要素の3つの回転要素を有する差動歯車装置により構成されていて、この図1に示す例では、サンギヤ5sとリングギヤ5rとの間に配置したピニオンギヤをキャリア5cによって自転および公転が可能なように保持したシングルピニオン型の遊星歯車機構が採用されている。
動力分割機構5のキャリア5cにエンジン1の出力軸1aが後述するクラッチK0を介して連結され、サンギヤ5sに第1モータ・ジェネレータ2の回転軸2aが連結され、そしてリングギヤ5rに駆動軸4および第2モータ・ジェネレータ3の回転軸3aがそれぞれ互いに連結されている。すなわち、この図1に示す例では、キャリア5cがこの発明における第1回転要素に相当し、サンギヤ5sがこの発明における第2回転要素に相当し、そしてリングギヤ5rがこの発明における第3回転要素に相当している。このような遊星歯車装置から構成される動力分割機構5の各回転要素が差動機構として機能することにより、サンギヤ5sすなわち第1モータ・ジェネレータ2の回転数に応じて、キャリア5cすなわちエンジン1の回転数が変化するようになっている。したがって、第1モータ・ジェネレータ2の出力を制御することにより、エンジン1のエンジン回転数を制御できるように構成されている
上記の動力分割機構5に対して駆動軸4が連結されている。具体的には、動力分割機構5のリングギヤ5rに、駆動軸4がカウンタギヤ6およびデファレンシャル7を介して動力伝達可能に連結されている。カウンタギヤ6は、共に一体回転するようカウンタ軸6aに固定された大径ギヤ6bと、その大径ギヤ6bよりも径が小さい小径ギヤ6cとから構成されていて、大径ギヤ6bと動力分割機構5のリングギヤ5rとが噛み合わされ、小径ギヤ6cと駆動軸4が組み込まれたデファレンシャル7のリングギヤ7aとが噛み合わされている。したがって、エンジン1および第1モータ・ジェネレータ2は、それぞれ、動力分割機構5、カウンタギヤ6、およびデファレンシャル7を介して、駆動軸4と互いに動力伝達可能に連結されている。
上記のように、第1モータ・ジェネレータ2が、動力分割機構5、カウンタギヤ6、およびデファレンシャル7を介在させて駆動軸4との間で動力伝達を行うように構成されているのに対して、第2モータ・ジェネレータ3は、動力分割機構5を介さずに、カウンタギヤ6およびデファレンシャル7のみを介在させて駆動軸4との間で直接動力伝達を行うように構成されている。すなわち、第2モータ・ジェネレータ3の回転軸3aには、その回転軸3aと一体に回転するドライブギヤ3bが固定されていて、そのドライブギヤ3bとカウンタギヤ6の大径ギヤ6bとが噛み合わされている。したがって、第2モータ・ジェネレータ3は、カウンタギヤ6およびデファレンシャル7を介して、駆動軸4と互いに動力伝達可能に連結されるとともに、カウンタギヤ6を介して、動力分割機構5のリングギヤ5rに対しても互いに動力伝達可能に連結されている。
なお、第2モータ・ジェネレータ3のドライブギヤ3bは、カウンタギヤ6の大径ギヤ6bよりも径が小さい歯車により構成されていて、それらドライブギヤ3bと大径ギヤ6bとのギヤ対は、第2モータ・ジェネレータ3に対する減速機構(リダクションギヤ)となっている。したがって、第2モータ・ジェネレータ3の出力トルクを増幅させてデファレンシャル7および駆動軸4へ伝達することができ、第2モータ・ジェネレータ3の出力トルクによる大きな駆動力を発生させることができる。
そして、この発明における車両Veのドライブトレーンでは、エンジン1に対する動力の入出力を選択的に遮断するクラッチK0が設けられている。すなわち、このクラッチK0は、解放状態となることにより車両Veのドライブトレーン上からエンジン1を切り離すことができる係合装置である。具体的には、このクラッチK0は、入力側の回転部材K0aと、出力側の回転部材K0bとを有し、それら入力側回転部材K0aと出力側回転部材K0bとを互いに滑らせながら係合させることが可能な摩擦式のクラッチが用いられている。したがってこのクラッチK0は、入力側回転部材K0aと出力側回転部材K0bとが係合し、それら入力側回転部材K0aと出力側回転部材K0bとが一体に回転する完全係合状態、入力側回転部材K0aと出力側回転部材K0bとが切り離された解放状態、および入力側回転部材K0aと出力側回転部材K0bとが互いに滑りながら係合する半係合(スリップ係合)状態を実現することが可能な構成となっている。
クラッチK0の入力側回転部材K0aは、エンジン1の出力軸1aに連結されている。そして出力側回転部材K0bは、前述の動力分割機構5のキャリア5cに連結されている。すなわち、エンジン1はクラッチK0を介して動力分割機構5のキャリア5cに連結されている。したがって、クラッチK0の係合・解放状態を制御することにより、エンジン1と動力分割機構5との間の動力伝達を選択的に遮断する構成となっている。
動力分割機構5のキャリア5cには、上記のようにクラッチK0 を介してエンジン1の出力軸1aが連結されているとともに、オイルポンプ8のロータ軸8aが連結されている。このオイルポンプ8は、ロータ軸8aを回転駆動させることにより、そのロータ軸8aの回転数に応じて油圧を発生する機械式のオイルポンプである。そして、このオイルポンプ8で発生する油圧が、クラッチK0を動作させるための油圧アクチュエータ(図示せず)に供給されるように構成されている。
上記のようにオイルポンプ8のロータ軸8aが動力分割機構5キャリア5cに連結されていることにより、エンジン1の出力トルクによってロータ軸8aを駆動し、オイルポンプ8で油圧を発生させることができる。また、エンジン1が回転が停止している場合、もしくはクラッチK0が解放されてエンジン1と動力分割機構5との間の動力伝達が遮断されている場合であっても、第1モータ・ジェネレータ2の出力トルクによってロータ軸8aを駆動し、オイルポンプ8で油圧を発生させることができる。あるいは、動力分割機構5のリングギヤ5rを介して動力分割機構5に伝達される駆動軸4側からのトルクによってロータ軸8aを駆動し、オイルポンプ8で油圧を発生させることもできる。
したがって、オイルポンプ8は、第1モータ・ジェネレータ2が出力する動力もしくは駆動軸4側から入力される動力によって駆動することができ、エンジン1が回転が停止している場合であっても、クラッチK0を動作させるための油圧を供給することができる。そのため、例えば専用の電動モータにより駆動する電動オイルポンプなどを設ける必要がなく、その分、装置の簡素化やコストダウンを図ることができる。
前述のように、第1モータ・ジェネレータ2および第2モータ・ジェネレータ3は、いずれも、モータと発電機との両方の機能を有する周知の交流モータにより構成されている。したがって、それら第1モータ・ジェネレータ2および第2モータ・ジェネレータ3は、それぞれ、インバータ(図示せず)を介してバッテリ9に連結されている。すなわち、インバータによって第1モータ・ジェネレータ2および第2モータ・ジェネレータ3とバッテリ9との間で授受される電力を制御することにより、それら各モータ・ジェネレータ2,3がモータとして機能させられる場合の回転数やトルクを制御し、あるいはそれら各モータ・ジェネレータ2,3が発電機として機能させられる場合の発電量を制御するように構成されている。
また、上記の第1モータ・ジェネレータ2および第2モータ・ジェネレータ3は、インバータを介して、それらの間で電力を相互に供給できるように構成されている。すなわち、第1モータ・ジェネレータ2および第2モータ・ジェネレータ3のいずれか一方により発生させた電力を、他方のモータ・ジェネレータで消費できるようになっている。例えば、エンジン1の出力により第1モータ・ジェネレータ2が駆動されて発電機として機能させられた場合に、その第1モータ・ジェネレータ2で発生させた電力を第2モータ・ジェネレータ3へ供給し、第2モータ・ジェネレータ3をモータとして機能させることができる。したがって、エンジン1が出力した動力の一部を、第1モータ・ジェネレータ2により電力に一旦変換した後、第2モータ・ジェネレータ3により再び動力に変換して、その動力を駆動軸4に伝達することができるようになっている。
そして、上記のエンジン1、および各モータ・ジェネレータ2,3の動作状態を制御するための電子制御装置(ECU)10が設けられている。この電子制御装置10には、車両Veの車速を検出する車速センサ11、エンジン1の出力軸1aの回転数を検出するエンジン回転数センサ12、オイルポンプ8のロータ軸8aの回転数を検出するオイルポンプ回転数センサ13、各モータ・ジェネレータ2,3の回転軸の回転速度を検出するためのレゾルバ14などの各種センサ装置類からの検出信号が入力される。これに対して、電子制御装置11からは、エンジン1を制御する(すなわち、エンジン1のスロットルバルブあるいは燃料噴射装置等を制御する)信号、各モータ・ジェネレータ2,3を制御する(すなわち、インバータおよびバッテリ9を制御する)信号などが出力されるように構成されている。
なお、この発明で制御の対象とするハイブリッド車両Veは、上記の図1に示した構成以外に、図2,図3に示すドライブトレーンのように構成することもできる。例えば、図2に示すように、動力分割機構5のキャリア5cとクラッチK0の出力側回転部材K0bとの間に、ブレーキ装置15を設けた構成とすることもできる。このブレーキ装置15は、動力分割機構5のキャリア5cの回転を選択的に固定ものであり、例えば、ディスクブレーキやドラムブレーキなどの摩擦式の係合装置、あるいはドグクラッチ(ブレーキ)やスプラインなどの噛み合い式の係合装置を用いることができる。この図2では、ドグブレーキを採用した例を示している。
この図2に示す構成のように、動力分割機構5のキャリア5cの回転を固定するブレーキ装置15が設けられることにより、エンジン1の運転を停止して、第1モータ・ジェネレータ2および第2モータ・ジェネレータ3の出力トルクのみによって車両Veを走行させるいわゆるEV走行時に、より大きな駆動力を発生させて車両Veを走行させることができる。すなわち、動力分割機構5のキャリア5cに設けられたブレーキ装置15を係合してキャリア5cの回転数を0に固定して反力を発生させることにより、第2モータ・ジェネレータ3の出力トルクの回転方向と逆向きに発生させた第1モータ・ジェネレータ2の出力トルクを、第2モータ・ジェネレータ3の出力トルクに全て付加することができる。したがって、車両VeをEV走行させる場合に、ブレーキ装置15を係合してキャリア5cの回転数を0に固定することにより、第1モータ・ジェネレータ2および第2モータ・ジェネレータ3の出力トルクによる大きな駆動力で車両を走行させることができる。
また、図3に示すように、動力分割機構5のリングギヤ5rとカウンタギヤ6との間に、クラッチ装置16を設けた構成とすることもできる。このクラッチ装置16は、動力分割機構5のリングギヤ5rとカウンタギヤ6との間の動力伝達を選択的に遮断するものであり、例えば、ディスククラッチや多板式のクラッチなどの摩擦式の係合装置、あるいはドグクラッチやスプラインなどの噛み合い式の係合装置を用いることができる。この図2では、摩擦クラッチを採用した例を示している。
この図3に示す構成のように、動力分割機構5のリングギヤ5rとカウンタギヤ6との間の動力伝達を遮断する、すなわち、カウンタギヤ6から駆動軸4に至る動力伝達経路と、動力分割機構5および第1モータ・ジェネレータ2とを切り離すクラッチ装置16が設けられることにより、第2モータ・ジェネレータ3の出力トルクのみによって車両Veを走行させるEV走行時に、動力分割機構5および第1モータ・ジェネレータ2のいわゆる連れ回りを回避することができる。そのため、第2モータ・ジェネレータ3のみの出力によるEV走行時に、動力分割機構5および第1モータ・ジェネレータ2が連れ回ることによるいわゆる引き摺り損失の発生を防止することができ、その分、エネルギ効率を向上させることができる。
上記のように、この発明で制御の対象とするハイブリッド車両Veは、エンジン1の運転を停止させ、第1モータ・ジェネレータ2および第2モータ・ジェネレータ3の出力のみ、もしくは第2モータ・ジェネレータ3の出力のみで走行するいわゆるEV走行と、エンジン1と第1モータ・ジェネレータ2および/または第2モータ・ジェネレータ3との両方の出力により走行するいわゆるHV走行とが可能である。
第2モータ・ジェネレータ3のみの出力によるEV走行では、第2モータ・ジェネレータ3を正転方向に力行させ、その第2モータ・ジェネレータ3が出力する駆動トルクによって車両Veが走行させられる。また、第1モータ・ジェネレータ2および第2モータ・ジェネレータ3の出力によるEV走行では、第2モータ・ジェネレータ3を正転方向に力行させるとともに、第1モータ・ジェネレータ2を逆転方向に力行させ、それら第1モータ・ジェネレータ2および第2モータ・ジェネレータ3が出力する駆動トルクによって車両Veが走行させられる。そして、エンジン1および第1モータ・ジェネレータ2ならびに第2モータ・ジェネレータ3の出力によるHV走行では、エンジン1の出力トルクが動力分割機構5を介して第1モータ・ジェネレータ2と駆動軸4とに分割されて車両Veが走行させられる。
上記のようなハイブリッド車両Veが、EV走行からエンジン1を始動させてHV走行へ移行する場合には、EV走行時にエンジン1の連れ回りを回避するために解放されていたクラッチK0を係合させることにより、エンジン1の回転数を引き上げてエンジン1の始動が行われる。車両Veの走行中にクラッチK0を係合させる場合、クラッチK0の入力側回転部材K0aと出力側回転部材K0bとの間に回転数差があることから、クラッチK0を係合させる際に係合ショックが発生する可能性がある。そのような係合ショックに対して、例えば、クラッチK0をスリップ係合させながら係合させることにより、係合ショックの発生を抑制することができる。あるいは、クラッチK0の係合に際し、入力側回転部材K0aの回転数と出力側回転部材K0bの回転数とを同期させた後にクラッチK0を係合させることにより、係合ショックの発生を回避することができる。
しかしながら、上記のようにクラッチK0をスリップ係合させながら係合させる場合は、スリップ係合の際の摩擦損失が増大し、車両Veのエネルギ効率が低下する要因となってしまう。また、入力側回転部材K0aの回転数と出力側回転部材K0bの回転数とを同期させた後にクラッチK0を係合させる場合は、制御項目が増えて制御内容が煩雑化することにより、制御の応答性が低下する要因となってしまう。
そこで、この発明におけるハイブリッド車両の制御装置では、上記のような駆動力の落ち込みによるショックや違和感の発生を防止するために、以下の図4のフローチャートに示す制御を実行するように構成されている。この図4のフローチャートで示されるルーチンは、所定の短時間毎に繰り返し実行される。図4において、先ず、クラッチK0が解放された状態で車両VeがEV走行中であるか否かが判断される(ステップS1)。クラッチK0が既に係合されていること、もしくは、車両VeがEV走行中でないこと、すなわちHV走行中であり既にエンジン1が燃焼運転していることにより、このステップS1で否定的に判断された場合は、以降の制御を実行することなく、このルーチンを一旦終了する。
これに対して、クラッチK0が解放された状態で車両VeがEV走行中であることにより、ステップS1で肯定的に判断された場合には、ステップS2へ進み、エンジン1に対する始動要求があるか否か、すなわちEV走行中の車両Veに対してエンジン1を始動させてHV走行に移行する要求があるか否かが判断される。未だエンジン1に対する始動要求がないことにより、このステップS2で否定的に判断された場合は、以降の制御を実行することなく、このルーチンを一旦終了する。
これに対して、エンジン1に対する始動要求があることにより、ステップS2で肯定的に判断された場合には、ステップS3へ進み、車両Veの車速が大きいか否かが判断される。具体的には、車速が予め定めた所定車速よりも高いか否かが判断される。この所定車速は、後述のステップS4で、クラッチK0を係合させる際に、車速に応じて発生する係合ショックの影響を無視できる程度の低速走行状態を判断するための閾値である。
したがって、車速が所定車速よりも低い低速走行状態であることにより、ステップS3で否定的に判断された場合は、ステップS4へ進み、クラッチK0が係合されるとともに、そのクラッチK0の係合が完了した後に、第1モータ・ジェネレータ2の出力トルクによってエンジン1の回転数が上昇させられる。すなわち、エンジン1を始動させるために、第1モータ・ジェネレータ2によりエンジン1のモータリングが実行される。
車速が十分に低い低速走行状態である場合は、クラッチK0を係合する際の摩擦損失や係合ショックの影響も十分に小さいため、このステップS4では、低速走行時には、上記のように、先にクラッチK0を係合し、その後、第1モータ・ジェネレータ2の出力によってエンジン1をモータリングすることにより、エンジン1の回転数を応答性良く上昇させることができる。
これに対して、車速が所定車速以上であることにより、ステップS3で肯定的に判断された場合には、ステップS5へ進み、車速に応じて第1モータ・ジェネレータ2の出力が制御される。具体的には、クラッチK0の入力側回転部材K0aと出力側回転部材K0bとの間の回転数差が減少するように、第1モータ・ジェネレータ2の回転数が、エンジン1および動力分割機構5のキャリア5cの回転方向と逆方向に増大させられる。より具体的には、車速が高いほど上記のような逆方向の回転数の増大量が大きくなるように、第1モータ・ジェネレータ2の出力が制御される。
EV走行時、すなわち 、車両Veがエンジン1の運転を停止した状態でクラッチK0を解放して走行している場合、エンジン1に連結されている側のクラッチK0の入力側回転部材K0aの回転数は0もしくはほぼ0となっている。そのため、クラッチK0の入力側回転部材K0aと出力側回転部材K0bとの間の回転数差は、車速が高くなるほど大きくなる。したがって、このステップS5では、上記のように車速が高いほど第1モータ・ジェネレータ2の回転数増大量が大きくなるように、その第1モータ・ジェネレータ2の出力が制御されることにより、車速に応じて変化するクラッチK0の入力側回転部材K0aと出力側回転部材K0bとの間の回転数差を適切に減少させることができる。
なお、上記のように第1モータ・ジェネレータ2の出力を制御してクラッチK0の入力側回転部材K0aと出力側回転部材K0bとの間の回転数差を減少させる場合、クラッチK0の出力側回転部材K0bが動力分割機構5のキャリア5cに連結され、第1モータ・ジェネレータ2が動力分割機構5の反力要素であるサンギヤ5sに連結されていることから、第1モータ・ジェネレータ2をエンジン1の回転方向と逆方向に回転させることにより、クラッチK0を介してエンジン1と連結されるキャリア5cの回転数を引き下げる(0に近づける)ことができる。したがって、このステップS5では、車速が高いほどエンジン1の回転方向と逆方向の第1モータ・ジェネレータ2の回転数増大量が大きくなるように、その第1モータ・ジェネレータ2の出力を制御することにより、車速に応じて変化するクラッチK0の入力側回転部材K0aと出力側回転部材K0bとの間の回転数差を適切に減少させることができる。
また、このステップS5では、上記のように車速が高いほど第1モータ・ジェネレータ2の回転数増大量を大きくする制御に替えて、車速が高いほどクラッチK0の入力側回転部材K0aと出力側回転部材K0bとの間の回転数差が小さくなるように制御してもよい。クラッチK0の入力側回転部材K0aと出力側回転部材K0bとの間の回転数差を所定値まで低下させてからクラッチK0を係合させる場合、その所定値を、車速が高いほど小さくなるように設定することにより、クラッチK0を摩擦係合させる際の係合ショックを抑制することができる。
上記のステップS4で、クラッチK0が係合させられ、第1モータ・ジェネレータ2によりエンジン1のモータリングが行われると、もしくはステップS5で、クラッチK0の入力側回転部材K0aと出力側回転部材K0bとの間の回転数差を減少させるために第1モータ・ジェネレータ2の出力が制御されると、オイルポンプ8のロータ軸8aの回転数が必要回転数未満であるか否かが判断される(ステップS6)。
上記のオイルポンプ8の必要回転数とは、クラッチK0を完全係合させるために必要な油圧を、オイルポンプ8で発生させる際に必要なロータ軸8aの最低回転数のことである。したがって、オイルポンプ8のロータ軸8aの回転数が必要回転数未満であることにより、このステップS6で肯定的に判断された場合は、ステップS7へ進み、オイルポンプ8のロータ軸8aの回転数が必要回転数以上となるように、第1モータ・ジェネレータ2の出力が制御される。そしてその後、ステップS8へ進む。一方、オイルポンプ8のロータ軸8aの回転数が必要回転数以上であることにより、ステップS6で否定的に判断された場合には、ステップS7の制御を飛ばして、ステップS8へ進む。
ステップS8では、クラッチK0の係合制御が実行される。すなわち、クラッチK0がスリップ係合させられて、その伝達トルク容量(クラッチトルク)が徐々に増大させられる。また、そのクラッチK0の係合制御に付随する各種制御が実行される。具体的には、エンジン1を始動する際に適切なエンジン始動トルクを付与するためのクラッチトルクのフィードフォワード制御、クラッチK0の係合制御およびオイルポンプの回転数制御の際に第1モータ・ジェネレータ2を回転数に適正値に制御する第1モータ・ジェネレータ2の回転数フィードバック制御、上記のクラッチトルクを推定・補正・学習するクラッチトルクの推定・補正・学習制御、および第1モータ・ジェネレータ2の出力を制御する際の駆動トルクの落ち込みを第2モータ・ジェネレータ3の出力トルクによって補正する駆動力補償制御等が実行される。
上記のようなクラッチトルクのフィードフォワード制御を実行することにより、クラッチK0をスリップ係合させる際に、車両Veの駆動系統にトルク変動を与えてしまうことを防止もしくは抑制することができる。なお、この場合、クラッチK0のクラッチトルクをフィードバック制御する際の目標値であるエンジン始動トルクは、一定値であってもよいが、クラッチK0における係合ショックの抑制と制御応答性の向上とを両立させるように、徐々に上昇させる変数として設定してもよい。
また、第1モータ・ジェネレータ2の回転数フィードバック制御を実行することにより、上記のようなクラッチK0の係合制御やオイルポンプの回転数制御を、より精度良く実行することができる。
また、上記のようなクラッチトルク、あるいはエンジン1のエンジントルクは比較的に検出・推定することが難しい。それに対して、クラッチトルクの推定・補正・学習制御では、第1モータ・ジェネレータ2の出力トルクは第1モータ・ジェネレータ2に対する電流値を検出することにより比較的精度良く推定することができる。したがって、検出精度が良い第1モータ・ジェネレータ2の電流値を基にクラッチトルクを推定・補正・学習することにより、より精度の良いクラッチK0の係合制御を実行することができる。
そして、第2モータ・ジェネレータ3による駆動力補償制御によれば、第1モータ・ジェネレータ2の出力が駆動力以外に使われる際の駆動力の落ち込みを抑制することができ、車両Veのドライバビリティの低下を回避することができる。
なお、前述のステップS4で、既にクラッチK0が係合されている場合には、このステップS8におけるクラッチK0の係合制御はスキップされ、上記の第1モータ・ジェネレータ2の回転数フィードバック制御や第2モータ・ジェネレータ3による駆動力補償制御等の各種制御が実行される。
続いて、エンジン1の始動が実行される(ステップS9)。すなわち、燃焼運転させるために適切な回転数以上で回転させられているエンジン1に対して、燃料の供給と着火とが行われて、エンジン1の燃焼運転が始動させられる。そして、エンジン1の始動が完了すると、車両Veの走行状態がEV走行からHV走行へ移行される(ステップS10)。そしてその後、このルーチンを一旦終了する。
上記のように、車両Veの走行状態をEV走行からエンジン1を始動させてHV走行に移行させる場合の各回転要素の挙動を、図5の共線図(速度線図)に示してある。エンジン1および第1モータ・ジェネレータ2の回転が共に停止され、第2モータ・ジェネレータ3の出力のみにより車両Veが走行しているEV走行時には、動力分割機構5の キャリア5cの回転数が、エンジン1と同じ回転方向(正転方向)に引き上げられる。そのため、キャリア5cに連結されたクラッチK0の出力側回転部材K0bと、エンジン1の出力軸1aに連結されたクラッチK0の入力側回転部材K0aとの間に回転数差が生じている。
このEV走行状態からエンジン1を始動してHV走行状態へ切り替える場合には、第1モータ・ジェネレータ2の出力によりキャリア5cの回転数が引き下げられて、クラッチK0の入力側回転部材K0aと出力側回転部材K0bとの間の回転数差が減少させられる。すなわち、第1モータ・ジェネレータ2をエンジン1と反対の回転方向(逆転方向)に回転させ、その回転数を逆転方向に増大させることにより、キャリア5cすなわち出力部材K0bの回転数が引き下げられる(0に近づけられる)。この場合、図6の共線図に示すように、車速が高いほど、すなわち出力軸4の回転数が高いほど、逆転方向の第1モータ・ジェネレータ2の回転数増大量が大きくなるように、第1モータ・ジェネレータ2の出力が制御される。
第1モータ・ジェネレータ2の出力によりキャリア5cの回転数が引き下げられ、その結果、クラッチK0の入力側回転部材K0aと出力側回転部材K0bとの間の回転数差が、クラッチK0を係合する際の係合ショックや摩擦損失の影響が問題にならない程度まで減少させられると、クラッチK0がスリップ係合状態にされる。そして、そのスリップ係合状態のクラッチK0のクラッチトルクが徐々に高められ、最終的にクラッチK0が完全係合状態にされる。
上記のようにクラッチK0が徐々に係合される過程でクラッチトルクが徐々に増大することに伴って、エンジン1の回転数が徐々に引き上げられる。すなわち、エンジン1がクランキングされる。そして、クラッチK0が完全係合された状態では、第1モータ・ジェネレータ2の出力によりエンジン1の回転数が制御され、その回転数がエンジン1の始動に適した所定の回転数となった状態で、エンジン1の燃焼運転が始動される。エンジン1が始動されて駆動トルクを出力することにより、車両Veの走行状態がHV走行状態に切り替わる。
以上のように、この発明に係るハイブリッド車両の制御装置によれば、エンジン1の燃焼運転が停止した状態で第2モータ・ジェネレータ3の出力によりハイブリッド車両Veを走行させている際に、エンジン1を始動させる場合は、先ず、エンジン1が停止していることから解放されていたクラッチK0が係合させられる。そのクラッチK0の係合の際には、クラッチK0の係合ショックを抑制するために、クラッチK0の入力側回転部材K0aと出力側回転部材K0bとの間の回転数差が減少するように、第1モータ・ジェネレータ2の出力が車速に応じて制御される。
より具体的には、動力分割機構5がシングルピニオン型の遊星歯車機構によって構成され、その反力要素となるサンギヤ5sに第1モータ・ジェネレータ2が連結され、入力要素となるキャリア5cにエンジン1が連結されていることから、第1モータ・ジェネレータ2をエンジン1の回転方向と逆方向に回転させることにより、クラッチK0を介してエンジン1と連結されるキャリア5cすなわちクラッチK0の出力側回転部材K0bの回転数を引き下げる(0に近づける)ことができる。エンジン1の運転を停止した状態でクラッチK0を解放して走行している場合、エンジン1に連結されている側のクラッチK0の入力側回転部材K0aの回転数が0であることから、クラッチK0の入力側回転部材K0aと出力側回転部材K0bとの間の回転数差は、車速が高くなるほど大きくなる。したがって、この発明では、車速が高いほどエンジン1の回転方向と逆方向の第1モータ・ジェネレータ2の回転数増大量が大きくなるように、その第1モータ・ジェネレータ2を制御することにより、車速に応じて変化するクラッチK0の入力側回転部材K0aと出力側回転部材K0bとの間の回転数差を適切に減少させることができる。
そして、クラッチK0における上記の回転数差が減少した後に、そのクラッチK0を係合し、第1モータ・ジェネレータ2および駆動軸4からのトルクを動力分割機構5を介してエンジン1へ伝達させることにより、エンジン1の回転数が引き上げられる。すなわち、いわゆる押しがけによりエンジン1がクランキングされる。そしてその後、エンジン1の回転数が所定回転数まで上昇した状態で、エンジン1に燃料が供給され、エンジン1の燃焼運転が始動される。
そのため、走行中にエンジン1を始動するためクラッチK0を係合する際の係合ショックを抑制し、そのショックや違和感を運転者に与えてしまうことによるドライバビリティの低下を防止することができる。また、クラッチK0を係合する際の入力側回転部材K0aと出力側回転部材K0bとの間の回転数差が低減されることから、そのクラッチK0の係合の際に発生する摩擦損失を低減することができ、その結果、摩擦損失が増大することに起因する燃費の悪化やクラッチK0の耐久性の低下を防止することができる。
ここで、上述した具体例とこの発明との関係を簡単に説明すると、ステップS5,S7を実行する機能的手段が、この発明における「差回転低減手段」に相当し、ステップS8を実行する機能的手段が、この発明における「押しがけ手段」に相当し、ステップS9を実行する機能的手段が、この発明における「始動手段」に相当する。また、ステップS4を実行する機能的手段が、この発明における「モータリング手段」に相当し、ステップS8を実行する機能的手段が、この発明における「補償手段」に相当する。
なお、上述した具体例では、この発明における駆動力制御の対象とするハイブリッド車両として、内燃機関としてエンジン1と、電動機として第1モータ・ジェネレータ2および第2モータ・ジェネレータ3とを備えた、いわゆる2モータタイプのハイブリッド車両の構成を例に挙げて説明したが、例えば、エンジンと、3基以上の複数のモータ・ジェネレータとを備えたハイブリッド車両であってもよい。また、外部電源から直接バッテリを充電することが可能ないわゆるプラグインハイブリッド車両であってもよい。
1…エンジン(ENG;内燃機関)、 1a…出力軸、 2…第1モータ・ジェネレータ(MG1;電動機)、 2a…回転軸、 3…第2モータ・ジェネレータ(MG2;電動機)、 3a…回転軸、 4…駆動軸、 5…動力分割機構、 5c…キャリア(第1回転要素)、 5s…サンギヤ(第2回転要素)、 5r…リングギヤ(第3回転要素)、 8…オイルポンプ、 10…電子制御装置(ECU)、 11…車速センサ、12…エンジン回転数センサ、 13…オイルポンプ回転数センサ、 14…レゾルバ、 15…ブレーキ装置、 16…クラッチ装置、 Ve…ハイブリッド車両。
Claims (6)
- 内燃機関および電動機を駆動力源とするハイブリッド車両であって、前記内燃機関と前記電動機と駆動軸との間で動力を分割もしくは合成して伝達する動力分割機構と、前記内燃機関に対する動力の入出力を選択的に遮断するクラッチとを備え、前記電動機の出力を制御することにより前記内燃機関の回転数を制御することが可能なハイブリッド車両の制御装置において、
前記内燃機関の燃焼運転が停止され、かつ前記クラッチが解放されて前記内燃機関に対する動力の入出力が遮断されている状態で、前記車両が走行している際に、
車速に応じて前記電動機の出力を制御することにより、前記クラッチの入力側回転部材と出力側回転部材との間の回転数差を減少させる差回転低減手段と、
前記入力側回転部材と前記出力側回転部材との間の回転数差が減少した後に、前記クラッチを係合して前記内燃機関の回転数を上昇させる押しがけ手段と、
前記内燃機関の回転数が始動に適した所定回転数まで上昇した状態で、前記内燃機関の燃焼運転を始動させる始動手段と
を備えていることを特徴とするハイブリッド車両の制御装置。 - 前記差回転低減手段は、前記車速が高いほど前記電動機の回転数増大量が大きくなるように、前記電動機の出力を制御する手段を含む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制御装置。
- 前記差回転低減手段は、前記入力側回転部材と前記出力側回転部材との間の回転数差を所定値まで減少させる手段を含み、
前記押しがけ手段は、前記入力側回転部材と前記出力側回転部材との間の回転数差が前記所定値まで減少した後に、前記クラッチを係合して前記内燃機関の回転数を上昇させる手段であって、車速が増加するにつれて前記所定値を小さくする手段を含む
ことを特徴とする請求項1または2に記載にハイブリッド車両の制御装置。 - 前記動力分割機構は、第1回転要素と、前記第1回転要素が回転する際に反力要素となる第2回転要素と、前記第1回転要素および前記第2回転要素の回転速度に基づいて決まる回転速度で回転する第3回転要素とを有する差動歯車装置から構成され、
前記第1回転要素に前記クラッチを介して前記内燃機関が連結され、前記第2回転要素に前記電動機が連結され、前記第3回転要素に前記駆動軸が連結されていて、
前記差回転低減手段は、前記車速が高いほど前記内燃機関の回転方向と逆方向の前記電動機の回転数増大量が大きくなるように、前記電動機の出力を制御する手段を含む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制御装置。 - 前記内燃機関の燃焼運転が停止され、かつ前記クラッチが解放されて前記内燃機関に対する動力の入出力が遮断されている状態で、前記車両が走行している際に、前記車速が低速走行状態を判断するために設定した所定車速よりも低い場合には、前記クラッチを係合した後に前記電動機の出力により前記内燃機関の回転数を上昇させるモータリング手段を更に備えていることを特徴とする請求項1から4のいずれかに記載のハイブリッド車両の制御装置。
- 前記駆動軸と直接動力伝達可能に連結された第2の電動機と、
前記電動機の出力により前記入力側回転部材と前記出力側回転部材との間の回転数差を減少させる際に、前記第2の電動機の出力により前記車両の駆動力を補償する補償手段と
を更に備えていることを特徴とする請求項1から5のいずれかに記載のハイブリッド車両の制御装置。
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