JP2013216152A - ハイブリッド車両の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】渋滞走行時などにおける運転者の負担を軽減することが可能なハイブリッド車両の制御装置を提供する。
【解決手段】クラッチペダルＣＰの踏み込み操作にて動作する第１クラッチ２０を介して手動変速機１０の入力軸１１と接続されたＭＧ３と、第２クラッチ２１を介してＭＧ３のロータ軸３ａと接続された内燃機関３とを備えたハイブリッド車両１Ａに適用され、第１クラッチ２０が係合状態であり、第２クラッチ２１が解放状態であり、かつアクセルペダルが踏まれている場合にはＭＧ３から動力が出力されるようにＭＧ３が制御される制御装置において、車両１Ａの速度が所定の判定速度より高い場合にはアクセルペダルが踏まれていないときでもＭＧ３から動力が出力されるようにＭＧ３を制御する。
【選択図】図１

Description

本発明は、動力源として内燃機関及び電動機が搭載され、少なくとも内燃機関の動力がクラッチを介して手動変速機の入力軸に伝達されるハイブリッド車両の制御装置に関する。

動力源として内燃機関及び電動機が搭載され、それら動力源の動力が手動変速機を介して駆動輪に伝達されるハイブリッド車両が知られている。例えば、手動変速機の入力軸にクラッチペダルで操作されるマニュアル式のクラッチを介してモータ・ジェネレータの回転軸が接続され、その回転軸に自動クラッチを介して内燃機関の出力軸が接続されたハイブリッド車両が知られている（特許文献１参照）。その他、本発明に関連する先行技術文献として特許文献２〜４が存在する。

特開２０１１−１８３８４７号公報 特開２００６−２９８０６３号公報 特開２００７−２３６１６８号公報 特開平１０−３０６８７３号公報

特許文献１の車両では、モータ・ジェネレータのみを用いて車両を走行させるＥＶ走行モードのときに運転者がアクセルペダルから足を離した場合には回生制動が行われる。渋滞走行時などにおいては車両を長時間低速で運転する場合があるが、特許文献１の車両ではこのような場合でも運転者がアクセルペダルを踏み続けている必要がある。そのため、運転者がアクセル操作を煩わしいと感じるおそれがある。

そこで、本発明は、渋滞走行時などにおける運転者の負担を軽減することが可能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。

本発明の第１の制御装置は、互いに異なる大きさの変速比が設定された複数の変速段を有し、シフトレバーの操作にて変速段が切り替わる手動変速機と、クラッチペダルの踏み込み操作にて動作する第１クラッチを介して前記手動変速機の入力軸と接続された回転部材と、前記回転部材と動力伝達可能に設けられた電動機と、第２クラッチを介して前記回転部材と動力伝達可能に接続された内燃機関と、を備えたハイブリッド車両に適用され、前記第１クラッチが前記回転部材と前記手段変速機の入力軸との間で動力が伝達される係合状態であり、前記第２クラッチが前記内燃機関と前記回転部材との間の動力伝達が遮断される解放状態であり、かつアクセルペダルが踏まれている場合に前記電動機から動力が出力されるように前記電動機を制御する制御手段を備え、前記制御手段は、前記車両の速度が所定の判定速度より高い場合には、前記アクセルペダルが踏まれていないときでも前記電動機から動力が出力されるように前記電動機を制御する自動走行手段を備えている（請求項１）。

本発明の第１の制御装置によれば、車両の速度が判定速度より高い場合にはアクセルペダルが踏まれていないときでも電動機から動力が出力されるので、渋滞走行時などにおいて発進後に車両を低速で長時間走行させる場合に運転者がアクセルペダルを踏み続ける必要がない。そのため、渋滞走行時などにおける運転者の負担を軽減することができる。

本発明の第１の制御装置の一形態において、前記自動走行手段は、前記クラッチペダル又は前記車両のブレーキペダルが踏まれた場合には、前記電動機からの動力の出力が停止されるように前記電動機を制御してもよい（請求項２）。このように電動機を制御することにより、車両を速やかに停止させることができる。

本発明の第１の制御装置の一形態において、前記自動走行手段は、前記車両の速度が前記判定速度より高く、かつ前記アクセルペダルが踏まれていないときに前記内燃機関が運転中の場合には、前記内燃機関の動力が前記手動変速機の入力軸に出力されるように前記内燃機関及び前記第２クラッチを制御してもよい（請求項３）。このように内燃機関が運転中の場合には内燃機関で車両を走行させることにより、電動機に対する無駄な制御を省略できる。

この形態において、前記自動走行手段は、前記クラッチペダル又は前記車両のブレーキペダルが踏まれた場合には、前記第２クラッチを前記解放状態に切り替えてもよい（請求項４）。このように第２クラッチを制御することにより、車両を速やかに停止させることができる。

本発明の第２の制御装置は、互いに異なる大きさの変速比が設定された複数の変速段を有し、シフトレバーの操作にて変速段が切り替わる手動変速機と、クラッチペダルの踏み込み操作にて動作するクラッチを介して前記手動変速機の入力軸と接続された内燃機関と、前記手動変速機の出力軸と動力伝達可能に接続された電動機と、を備えたハイブリッド車両に適用され、前記クラッチが前記内燃機関と前記手動変速機の入力軸との間の動力伝達が遮断される解放状態であり、かつアクセルペダルが踏まれている場合に前記電動機から動力が出力されるように前記電動機を制御する制御手段を備え、前記制御手段は、前記車両の速度が所定の判定速度より高い場合には、前記アクセルペダルが踏まれていないときでも前記電動機から動力が出力されるように前記電動機を制御する自動走行手段を備えている（請求項５）。

本発明の第２の制御装置によれば、上述した第１の制御装置と同様に、渋滞走行時などにおいて発進後に車両を低速で長時間走行させる場合に運転者がアクセルペダルを踏み続ける必要がない。そのため、渋滞走行時などにおける運転者の負担を軽減することができる。

本発明の第２の制御装置の一形態において、前記自動走行手段は、前記クラッチペダル又は前記車両のブレーキペダルが踏まれた場合には、前記電動機からの動力の出力が停止されるように前記電動機を制御してもよい（請求項６）。このように電動機を制御することにより、車両を速やかに停止させることができる。

以上に説明したように、本発明の制御装置によれば、車両の速度が判定速度より高い場合にはアクセルペダルが踏まれていないときでも電動機から動力が出力されるので、発進後に車両を低速で長時間走行させる場合に運転者がアクセルペダルを踏み続ける必要がない。そのため、渋滞走行時などにおける運転者の負担を軽減することができる。

本発明の第１の形態に係る制御装置が組み込まれた車両を概略的に示す図。 車両制御装置が実行する自動走行制御ルーチンを示すフローチャート。 図２の自動走行制御ルーチンにおいて低速走行制御が実行されたときの車速、変速機入力回転数、アクセル開度、及びＭＧの出力トルクの時間変化の一例を示す図。 本発明の第２の形態に係る制御装置が組み込まれた車両を概略的に示す図。

（第１の形態）
図１は、本発明の第１の形態に係る制御装置が組み込まれた車両の要部を概略的に示している。この車両１Ａは、走行用駆動源として内燃機関（以下、エンジンと称することがある。）２及び電動機としてのモータ・ジェネレータ（以下、ＭＧと略称することがある。）３を備えている。すなわち、この車両１Ａはハイブリッド車両として構成されている。エンジン２は、ハイブリッド車両に搭載される周知の火花点火式内燃機関である。ＭＧ３は、ハイブリッド車両に搭載されて電動機及び発電機として機能する周知のモータ・ジェネレータである。

また、車両１Ａには手動変速機（以下、変速機と略称することがある。）１０が搭載されている。変速機１０は、前進１速〜５速及び後進のギア段を有する手動変速機として構成されている。変速機１０は、入力軸１１及び出力軸１２を備えている。入力軸１１と出力軸１２との間には、１速〜５速に対応するギア対（不図示）が設けられている。各ギア対には互いに異なる変速比が設定されている。変速比は、１速のギア対、２速のギア対、３速のギア対、４速のギア対、５速のギア対の順に小さい。変速機１０は、これらのギア対のうちのいずれか１つのギア対による回転伝達が選択的に成立するように構成されている。変速機１０は、運転者が操作するシフトレバー１３を備えている。この変速機１０では、運転者がシフトレバー１３を操作することにより入力軸１１と出力軸１２との間の回転伝達に用いられるギア対が切り替わってギア段が切り替わる。また、変速機１０は、入力軸１１と出力軸１２との間の回転伝達が遮断されるニュートラル状態に切り替え可能に構成されている。変速機１０は、シフトレバー１３がニュートラル位置に操作された場合に、ニュートラル状態に切り替わる。変速機１０の構造は、車両に搭載される周知の手動変速機と同じでよい。そのため、詳細な説明は省略する。

図１に示すように変速機１０の入力軸１１は、第１クラッチ２０を介してＭＧ３のロータ軸３ａと接続されている。第１クラッチ２０は、周知の摩擦クラッチである。第１クラッチ２０は、入力軸１１とロータ軸３ａとが一体に回転する完全係合状態と、入力軸１１とロータ軸３ａとが切り離される解放状態とに切り替え可能に構成されている。また、第１クラッチ２０は、ロータ軸３ａと入力軸１１とが異なる回転数で回転しつつこれらの間で動力が伝達される状態、いわゆる半クラッチに切り替えることもできる。第１クラッチ２０はクラッチペダルＣＰにて操作される。第１クラッチ２０は、クラッチペダルＣＰが踏まれた場合に解放状態に切り替わり、クラッチペダルＣＰの踏み込みが解除された場合に完全係合状態に切り替わる。そして、クラッチペダルＣＰが途中まで踏み込まれている場合に第１クラッチ２０は半クラッチに切り替わる。なお、このクラッチペダルＣＰと第１クラッチ２０の状態との関係は周知のマニュアル式のクラッチと同じである。そのため、詳細な説明は省略する。なお、完全係合状態及び半クラッチのいずれにおいても変速機１０の入力軸１１とＭＧ３のロータ軸３ａとの間で動力が伝達される。そのため、本発明の係合状態には完全係合状態及び半クラッチの両方が含まれる。

ＭＧ３のロータ軸３ａは、第２クラッチ２１を介してエンジン２の出力軸２ａと接続されている。第２クラッチ２１も周知の摩擦クラッチである。第２クラッチ２１は、出力軸２ａとロータ軸３ａとが一体に回転する係合状態と、出力軸２ａとロータ軸３ａとが切り離される解放状態とに切り替え可能に構成されている。第２クラッチ２１には、第２クラッチ２１の状態を切り替えるためのアクチュエータ２１ａが設けられている。このように第２クラッチ２１は自動クラッチとして構成されている。なお、このようにエンジン２が接続されることによりＭＧ３のロータ軸３ａが本発明の回転部材に相当する。

変速機１０の出力軸１２は、デファレンシャル機構４と接続されている。デファレンシャル機構４は、入力された動力を左右の駆動輪５に分配する周知の機構である。なお、この図では一方の駆動輪５のみを示す。

エンジン２、ＭＧ３及び第２クラッチ２１の動作は、車両制御装置３０にて制御される。車両制御装置３０は、マイクロプロセッサ及びその動作に必要なＲＡＭ、ＲＯＭ等の周辺機器を含んだコンピュータユニットとして構成されている。車両制御装置３０は、車両１Ａを適切に走行させるための各種制御プログラムを保持している。車両制御装置３０は、これらのプログラムを実行することによりエンジン２及びＭＧ３等の制御対象に対する制御を行っている。車両制御装置３０には、車両１Ａに係る情報を取得するための種々のセンサが接続されている。車両制御装置３０には、例えば車速センサ３１、アクセル開度センサ３２、クラッチペダルセンサ３３、ブレーキペダルセンサ３４及びＭＧ回転数センサ３５等が接続されている。車速センサ３１は、車両１Ａの速度（車速）に対応した信号を出力する。アクセル開度センサ３２は、アクセルペダルの踏み込み量、すなわちアクセル開度に対応した信号を出力する。クラッチペダルセンサ３３は、クラッチペダルＣＰの踏み込み量に対応した信号を出力する。ブレーキペダルセンサ３４は、ブレーキペダルが踏まれた場合に信号を出力する。ＭＧ回転数センサ３５は、ＭＧ３の回転数に対応した信号を出力する。この他にも車両制御装置３０には種々のセンサが接続されているが、それらの図示は省略した。

この車両１Ａでは、エンジン２、ＭＧ３及び第２クラッチ２１の動作を制御することにより複数の走行モードが実現される。複数の走行モードとしては、ＥＶ走行モード及びエンジン走行モード等が設定されている。ＥＶ走行モードでは、第２クラッチ２１が解放状態に切り替えられ、エンジン２が止められる。そして、ＭＧ３の動力で車両１Ａを走行させる。一方、エンジン走行モードでは、第２クラッチ２１が係合状態に切り替えられる。そして、主にエンジン２の動力で車両１Ａを走行させる。車両制御装置３０は、運転者が車両１Ａに要求している駆動量に応じてこれら走行モードを切り替える。例えば、車両制御装置３０はアクセル開度が予め設定した所定の判定開度未満の場合には走行モードをＥＶ走行モードに切り替える。一方、車両制御装置３０はアクセル開度が判定開度以上の場合には走行モードをエンジン走行モードに切り替える。

また、車両制御装置３０は、アクセル開度に応じてエンジン２又はＭＧ３から出力すべき動力を制御する。例えば、ＥＶ走行モードでは、車両制御装置３０は第１クラッチ２０が完全係合状態又は半クラッチであり、かつアクセルペダルが踏まれた場合、ＭＧ３からアクセル開度に応じた動力が出力されるようにＭＧ３を制御する。このようにＭＧ３を制御することにより車両制御装置３０が本発明の制御手段として機能する。そして、車両制御装置３０は、車両１Ａの走行中にブレーキペダルが踏まれた場合には回生発電が行われるようにＭＧ３を制御して車両１Ａを制動する。

さらに車両制御装置３０は、車速が予め設定した判定速度より高い場合にはアクセルペダルが踏まれていないときでもエンジン２又はＭＧ３から動力を出力させて車両１Ａを走行させる。図２は、車両制御装置３０がこのようにエンジン２及びＭＧ３を制御するために実行する自動走行制御ルーチンを示している。この制御ルーチンは、車両１Ａの走行状態に拘わらず所定の周期で繰り返し実行される。なお、この制御ルーチンを実行することにより、車両制御装置３０が本発明の自動走行手段として機能する。

この制御ルーチンにおいて車両制御装置３０は、まずステップＳ１１で車両１Ａの走行状態を取得する。車両１Ａの走行状態としては、例えば車速、ＭＧ３の回転数、アクセル開度、クラッチペダルＣＰの踏み込み量、及びブレーキペダルが踏まれているか否か等が取得される。なお、これらは上述した各センサの出力信号に基づいて取得すればよい。次のステップＳ１２において車両制御装置３０は、車速が予め設定した所定の判定速度より高いか否かを判定する。判定速度は、車両１Ａが走行しているか否か判定するための基準として設定された値である。判定速度としては、例えば以下の式（１）で算出される値を設定すればよい。

判定速度＝（アイドル回転数−余裕値）／トータルギア比×タイヤ半径 …（１）

なお、この式（１）のアイドル回転数は、エンジン２のアイドル回転数である。余裕値は、エンジン２やＭＧ３を適切に動作させるために適宜に設定される値である。トータルギア比は、変速機１０の入力軸１１と駆動輪５の間の変速比である。タイヤ半径は、駆動輪５の半径である。

車速が判定速度より高いと判定した場合はステップＳ１３に進み、車両制御装置３０はアクセルペダルが踏まれていないか否か判定する。この判定は、例えばアクセル開度センサ３２の出力信号に基づいて行えばよい。アクセルペダルが踏まれていないと判定した場合はステップＳ１４に進み、車両制御装置３０はクラッチペダルＣＰが踏み込まれているか否か判定する。クラッチペダルＣＰが踏み込まれていないと判定した場合はステップＳ１５に進み、車両制御装置３０はブレーキペダルが踏み込まれていないか否か判定する。

ブレーキペダルが踏み込まれていないと判定した場合はステップＳ１６に進み、車両制御装置３０は低速走行制御を実行する。低速走行制御では、車両１Ａが低速で走行するようにエンジン２又はＭＧ３からトルクが出力される。低速走行制御では、この制御の開始時にエンジン２が停止している場合にはＭＧ３からトルクが出力される。一方、エンジン２が運転中の場合にはエンジン２からトルクが出力される。そして、低速走行制御では、エンジン２又はＭＧ３から変速機１０の入力軸１１に入力される回転数（以降、変速機入力回転数と称することがある。）がエンジン２のアイドル回転数になるようにエンジン２又はＭＧ３が制御される。なお、エンジン２からトルクを出力して車両１Ａを走行させる場合には、エンジン２と第２クラッチ２１とが協調制御されることにより変速機入力回転数が調整される。その後、今回の制御ルーチンを終了する。

ステップＳ１２が否定判定された場合、ステップＳ１３が否定判定された場合、ステップＳ１４が肯定判定された場合、又はステップＳ１５が肯定判定された場合はステップＳ１７に進み、車両制御装置３０は低速走行制御を中止する。その後、今回の制御ルーチンを終了する。

図３は、上述した低速走行制御が実行されたときの車速、変速機入力回転数、アクセル開度、及びＭＧ３の出力トルクの時間変化の一例を示している。この図に示すように時刻ｔ０まで車両１Ａは停止している。時刻ｔ０においてアクセルペダルが踏まれると車両１Ａが発進する。時刻ｔ０から時刻ｔ１までの期間Ｐ１では、アクセルペダルが踏まれているため、アクセル開度に応じてＭＧ３の出力トルクが制御されている。この例では時刻ｔ１においてアクセル開度が０になる。なお、この時刻ｔ１ではブレーキペダル及びクラッチペダルＣＰがいずれも踏み込まれていない。この際、車速が判定速度より高いため、上述した低速走行制御が実行される。そのため、時刻ｔ１以降の期間Ｐ２では、ＭＧ３の出力トルクは変速機入力回転数がアイドル回転数になるように調整されている。従って、時刻ｔ１において運転者がアクセルペダルから足を離しても車両１Ａは判定速度よりも少し高い所定の速度で走行し続ける。

以上に説明したように、本発明では、車速が判定速度より高い場合にはアクセルペダルが踏まれていないときでもエンジン２又はＭＧ３からトルク（動力）が出力される。そのため、渋滞走行時などにおいて発進後に車両１Ａを低速で長時間走行させる場合に、運転者がアクセルペダルを踏み続ける必要がない。従って、渋滞走行時などにおける運転者の負担を軽減できる。一方、運転者がブレーキペダル又はクラッチペダルを踏み込んだ場合には低速走行制御が中止されるので、車両１Ａを速やかに停止させることができる。

（第２の形態）
図４は、本発明の第２の形態に係る制御装置が組み込まれた車両１Ｂの要部を概略的に示している。なお、この形態において第１の形態と共通の部分には同一の符号を付して説明を省略する。この図に示すようにこの形態では、エンジン２の出力軸２ａと変速機１０の入力軸１１とがクラッチ４０を介して接続されている。クラッチ４０には、クラッチ４０の状態を切り替えるためのアクチュエータ４０ａが設けられている。クラッチ４０は第１の形態の第２クラッチ２１と同様に構成されている。変速機１０の出力軸１２はＭＧ３のロータ軸３ａと一体回転するように接続されている。また、ＭＧ３のロータ軸３ａはデファレンシャル機構４とも接続されている。

車両制御装置３０は、クラッチペダルセンサ３３の出力信号に応じてアクチュエータ４０ａを制御する。そのため、クラッチ４０もクラッチペダルＣＰの踏み込み操作にて動作する。また、この形態においても車両制御装置３０は、図２に示した自動走行制御ルーチンを実行する。ただし、この形態では低速走行制御におけるＭＧ３の出力トルクが、車速が図３に示した判定速度よりも少し高い所定の速度になるように調整される。一方、低速走行制御におけるエンジン２の出力トルクは第１の形態と同様に調整される。

この形態においても図２の自動走行制御ルーチンが実行されるので、渋滞走行時などにおける運転者の負荷を軽減できる。

本発明は、上述した各形態に限定されることなく、種々の形態にて実施することができる。例えば、本発明が適用される車両の変速機は前進の最高段が５速の変速機に限定されない。例えば前進の最高段が３速、４速又は６速以上の変速機であってもよい。また、本発明が適用されるハイブリッド車両には、モータ・ジェネレータの代わりに電動機が設けられていてもよい。

本発明が適用されるハイブリッド車両は、上述した形態で示した車両に限定されない。例えば、手動変速機の入力軸にマニュアル式のクラッチを介して回転軸等の回転部材が接続され、その回転部材にモータ・ジェネレータが接続されるとともに自動クラッチを介して内燃機関が接続されたハイブリッド車両に本発明を適用してもよい。

１Ａ、１Ｂ 車両
２ 内燃機関
３ モータ・ジェネレータ（電動機）
３ａ ロータ軸（回転部材）
１０ 手動変速機
１１ 入力軸
１３ シフトレバー
２０ 第１クラッチ
２１ 第２クラッチ
３０ 車両制御装置（制御手段、自動走行手段）
４０ クラッチ
ＣＰ クラッチペダル

Claims (6)

1. 互いに異なる大きさの変速比が設定された複数の変速段を有し、シフトレバーの操作にて変速段が切り替わる手動変速機と、クラッチペダルの踏み込み操作にて動作する第１クラッチを介して前記手動変速機の入力軸と接続された回転部材と、前記回転部材と動力伝達可能に設けられた電動機と、第２クラッチを介して前記回転部材と動力伝達可能に接続された内燃機関と、を備えたハイブリッド車両に適用され、
   前記第１クラッチが前記回転部材と前記手段変速機の入力軸との間で動力が伝達される係合状態であり、前記第２クラッチが前記内燃機関と前記回転部材との間の動力伝達が遮断される解放状態であり、かつアクセルペダルが踏まれている場合に前記電動機から動力が出力されるように前記電動機を制御する制御手段を備え、
   前記制御手段は、前記車両の速度が所定の判定速度より高い場合には、前記アクセルペダルが踏まれていないときでも前記電動機から動力が出力されるように前記電動機を制御する自動走行手段を備えている制御装置。
2. 前記自動走行手段は、前記クラッチペダル又は前記車両のブレーキペダルが踏まれた場合には、前記電動機からの動力の出力が停止されるように前記電動機を制御する請求項１に記載の制御装置。
3. 前記自動走行手段は、前記車両の速度が前記判定速度より高く、かつ前記アクセルペダルが踏まれていないときに前記内燃機関が運転中の場合には、前記内燃機関の動力が前記手動変速機の入力軸に出力されるように前記内燃機関及び前記第２クラッチを制御する請求項１又は２に記載の制御装置。
4. 前記自動走行手段は、前記クラッチペダル又は前記車両のブレーキペダルが踏まれた場合には、前記第２クラッチを前記解放状態に切り替える請求項３に記載の制御装置。
5. 互いに異なる大きさの変速比が設定された複数の変速段を有し、シフトレバーの操作にて変速段が切り替わる手動変速機と、クラッチペダルの踏み込み操作にて動作するクラッチを介して前記手動変速機の入力軸と接続された内燃機関と、前記手動変速機の出力軸と動力伝達可能に接続された電動機と、を備えたハイブリッド車両に適用され、
   前記クラッチが前記内燃機関と前記手動変速機の入力軸との間の動力伝達が遮断される解放状態であり、かつアクセルペダルが踏まれている場合に前記電動機から動力が出力されるように前記電動機を制御する制御手段を備え、
   前記制御手段は、前記車両の速度が所定の判定速度より高い場合には、前記アクセルペダルが踏まれていないときでも前記電動機から動力が出力されるように前記電動機を制御する自動走行手段を備えている制御装置。
6. 前記自動走行手段は、前記クラッチペダル又は前記車両のブレーキペダルが踏まれた場合には、前記電動機からの動力の出力が停止されるように前記電動機を制御する請求項５に記載の制御装置。

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