JP2013237336A - ハイブリッド自動車の制御装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】ハイブリッド自動車の制御装置に関し、クラッチの切り換え時の走行性能を向上させる。
【解決手段】車両１０の駆動輪８に動力を伝達するエンジン１と、エンジン１及び駆動輪８間の動力伝達経路上に介装されたクラッチ２と、クラッチ２よりも駆動輪８側で駆動輪８に動力を伝達する電動機３とを設ける。車両１０の走行モードとして、電動機３の動力で車両１０を走行させる第一走行モードと、エンジン１の動力で車両１０を走行させる第二走行モードとを設ける。
また、第一走行モードから第二走行モードへの切り換えに際し、クラッチ２の係合後におけるエンジン１の第一目標出力をクラッチ２の係合前に演算する演算手段１２ａを設ける。さらに、クラッチ２の係合前に、エンジン１の出力を演算手段１２ａで演算された第一目標出力以上となる第二目標出力に制御するエンジン制御手段１２ｂを設ける。
【選択図】図１

Description

本発明は、エンジン及び電動機を備えたハイブリッド自動車の制御装置に関する。
従来、車両の駆動源としてエンジンと電動機とを搭載し、走行条件に応じて駆動源を切り換えて使用するハイブリッド自動車が知られている。すなわち、車両の発進時や低速走行時には、低回転域で大きなトルクを出力する特性を持った電動機を使用し、車速がある程度高くなった段階で、高回転域でのトルク特性が良好なエンジンを使用するものである。それぞれの駆動源のトルク特性に応じた使い分けにより、あらゆる条件下で効率的に車両を走行させることが可能となる。
ところで、このようなハイブリッド自動車のパワートレインでは、エンジンから駆動輪に至る動力伝達経路上にクラッチが介装され、クラッチよりも駆動輪側の動力伝達経路に対して電動機が接続される。クラッチは、エンジンの不使用時には開放状態（切断状態）に制御され、エンジンの使用時には接続状態（係合状態）とされる。また、クラッチの断接状態を開放状態から接続状態へと移行させる際には、クラッチの入力側の回転数と出力側の回転数とを同期させる制御が実施される。
例えば、特許文献１には、クラッチとして機能するカップリングを備えたハイブリッド車両が記載されている。この技術では、カップリングの入力側軸の回転数と出力側軸の回転数とが同期した後にカップリングを締結し、カップリングの締結後に電動機及びエンジンのトルクを制御している。また、特許文献２においても同様であり、クラッチに内蔵されるエンジン側の回転要素と電動機側の回転要素との回転速度がほぼ同じになったときに、これらの回転要素を係合させる制御が実施されている。このような制御により、クラッチの断接状態の変化に伴って大きなトルクショックが発生しないようにしている。
特開２００５−１３０５６４号公報 特開２００７−３２０３８８号公報
しかしながら、上述のような従来のハイブリッド自動車では、クラッチがほぼ完全に接続された後でエンジンの出力が制御されるため、断接状態を切り換えた直後に加速のもたつきや空走感が発生することがある。例えば、クラッチの切断中にアクセルペダルが踏み込まれた場合、運転者が要求するトルクに比して、駆動輪に伝達されるトルクが不足するおそれが生じる。このトルクが不足した状態は、クラッチがほぼ完全に接続された状態となるまで継続される。
一方、このようなトルク不足を解消すべく、運転者が要求するトルクに合わせて電動機やエンジンの出力を変化させることも考えられる。しかしながら、電動機，エンジンの出力を変化させることによって、クラッチの回転要素を同期回転させることが困難となる。したがって、トルクショックが発生しやすくなり、クラッチをスムーズに接続することができなくなる他、クラッチの断接状態の変更に係る制御時間が延長される場合がある。
本件の目的の一つは、上記のような課題に鑑み創案されたもので、クラッチの切り換え時の走行性能を向上させることができるようにしたハイブリッド自動車の制御装置を提供することである。なお、この目的に限らず、後述する発明を実施するための形態に示す各構成により導かれる作用効果であって、従来の技術によっては得られない作用効果を奏することも、本件の他の目的として位置づけることができる。
（１）ここで開示するハイブリッド自動車の制御装置は、車両の駆動輪に動力を伝達するエンジンと、前記エンジンと前記駆動輪との間の動力伝達経路上に介装されたクラッチと、前記クラッチよりも前記駆動輪側で前記駆動輪に動力を伝達する電動機とを備える。
また、前記電動機の動力で前記車両を走行させる第一走行モード（例えばＥＶモードやシリーズモードなど）から、前記エンジンの動力で前記車両を走行させる第二走行モード（例えばパラレルモード）への切り換えに際し、前記クラッチの係合後における前記エンジンの第一目標出力を前記クラッチの係合前に演算する演算手段と、前記クラッチの係合前に、前記エンジンの出力を前記演算手段で演算された前記第一目標出力以上となる第二目標出力に制御するエンジン制御手段と、を備える。
（２）また、前記エンジンの動力で発電し、前記電動機に電力を供給するバッテリーを充電する発電機と、前記クラッチの係合前に、前記第一目標出力に相当する前記エンジンの出力により前記発電機を駆動して発電させる（例えば、発電量可変制御を実施する）発電機制御手段と、を備えることが好ましい。
（３）また、前記バッテリーの充電率が所定値以下である場合に、前記発電機制御手段が前記発電機に発電させる（例えば、前記発電量可変制御を実施する）ことが好ましい。
（４）また、前記第一走行モードから前記第二走行モードへの切り換えに際し、前記クラッチの係合後に前記電動機の出力トルクを減少させる電動機制御手段を備え、前記電動機制御手段が前記電動機の出力トルクを減少させるのと同時に、前記発電機制御手段が前記発電機の出力を減少させることが好ましい。
（５）また、前記第一走行モードから前記第二走行モードへの切り換えに際し、前記クラッチの前記エンジン側及び前記電動機側の回転速度差が所定値以下になったときに、前記クラッチを係合させるクラッチ制御手段を備えることが好ましい。
（６）また、前記車両の走行速度に基づいて、前記第一走行モードから前記第二走行モードへの切り換えを実施するか否かを判定する切り換え判定手段を備えることが好ましい。
（７）また、前記切り換え判定手段が、前記電動機の電力源である第二バッテリーの充電率又は温度に応じて設定される判定車速と前記車両の走行速度との大小関係に基づき、前記切り換えを実施するか否かを判定することが好ましい。
開示のハイブリッド自動車の制御装置によれば、走行モードを切り換える前からエンジントルクを大きくしておくことで、切り換え直後から過不足のないエンジントルクで車両を走行させることができ、もたつきや空走感を解消することができる。つまり、走行モードの切り換え後にエンジン出力を調節する制御手法と比較して、切り換えの前後での軸トルク変動を抑制することができ、走行性能を向上させることができる。
一実施形態に係るハイブリッド車両の制御装置の構成を示すブロック図である。 図１の制御装置での制御に係るグラフであり、（ａ）は充電率と第一判定車速との関係を例示するグラフ、（ｂ）は電池温度と第二判定車速との関係を例示するグラフである。 図１の制御装置で実施される制御内容を説明するためのフローチャートである。 図１の制御装置で実施される制御内容を説明するためのフローチャートである。 図１の制御装置で実施される制御内容を説明するためのグラフであり、（ａ）は目標モータートルク等、（ｂ）はジェネレータートルク、（ｃ）はエンジントルク、（ｄ）はエンジン回転数、（ｅ）はクラッチ指令、（ｆ）は軸トルクを示すものである。
図面を参照してハイブリッド自動車の制御装置について説明する。なお、以下に示す実施形態はあくまでも例示に過ぎず、以下の実施形態で明示しない種々の変形や技術の適用を排除する意図はない。本実施形態の各構成は、それらの趣旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができるとともに、必要に応じて取捨選択することができ、あるいは適宜組み合わせることが可能である。
［１．車両］
第一実施形態のハイブリッド自動車の制御装置は、図１に示す車両１０に適用される。この車両１０は、エンジン１及びモーター３（電動機）を駆動源とし、前輪を駆動輪８としたＦＦ方式のハイブリッド車両である。車両１０のパワートレインには、エンジン１，モーター３，ジェネレーター４（発電機），インバーター５，バッテリー６，トランスアクスル７が設けられる。エンジン１及びモーター３の駆動力は、トランスアクスル７を介して駆動輪８に伝達され、車両１０を走行させる。
エンジン１は、ガソリンや軽油を燃焼とする内燃機関（ガソリンエンジン，ディーゼルエンジン）である。このエンジン１には、エンジン回転数Ne（エンジン回転速度）を検出するエンジン回転数センサー２１が設けられる。ここで検出されたエンジン回転数Neの情報は、後述する車両制御装置１１に伝達される。
モーター３は、バッテリー６に蓄えられた電力やジェネレーター４で発電された電力の供給を受けて動力を発生させる電動機であり、例えば高出力の永久磁石式同期電動機である。モーター３には、モーター回転数Nm（モーター回転速度）を検出するモーター回転数センサー２２が設けられる。ここで検出されたモーター回転数Nmの情報も、車両制御装置１１に伝達される。
バッテリー６は、例えばリチウムイオン電池やニッケル水素電池といったエネルギー密度の高い高性能な蓄電装置であり、モーター３に電力を供給するものである。このバッテリー６には、充放電に係る電流値Aを検出するバッテリー電流センサー２４，電圧値Bを検出するバッテリー電圧センサー２５，電池温度Eを検出するバッテリー温度センサー２６が内蔵される。これらのセンサー２４〜２６で検出された電流値A，電圧値B及び電池温度Eの情報は、車両制御装置１１に伝達される。
ジェネレーター４（発電機）は、エンジン１を始動させるためのスターターとしての機能と発電機能とを持った交流電動発電機（モーター・ジェネレーター）であり、エンジン１の作動時にはエンジン１の動力で発電を実施するものである。また、このジェネレーター４は、モーター３の電力供給源であるバッテリー６を充電する機能や、モーター３へ直接電力を供給する機能も併せ持つ。
モーター３，ジェネレーター４及びバッテリー６を接続する電気回路上には、インバーター５が介装される。インバーター５よりもバッテリー６側で授受される電流は直流電流であり、インバーター５よりもモーター３，ジェネレーター４側で授受される電流は交流電流である。インバーター５は、これらの電流の直流・交流変換を実施する。また、モーター３の回転速度は、モーター３に供給される電流の交流周波数に比例する。したがって、インバーター５を制御することでモーター３の回転速度及びトルクを調節することが可能である。
トランスアクスル７は、ディファレンシャルギヤ（差動装置）を含むファイナルドライブ（終減速機）とトランスミッション（減速機）とを一体に形成した動力伝達装置であり、駆動源と駆動輪８との間の動力伝達を担う複数の機構を内蔵する。また、トランスアクスル７の内部には、クラッチ２が設けられる。
クラッチ２は、エンジン１の動力の断接状態を制御する連軸器であり、エンジン１から駆動輪８までに至る動力伝達経路上に介装される。図１中に示すように、モーター３は、クラッチ２よりも駆動輪８側の動力伝達経路に対して接続される。したがって、モーター３の駆動力は、クラッチ２の断接状態に関わらず駆動輪８側へと伝達可能である。これに対し、エンジン１の駆動力は、クラッチ２が係合しているときにのみ駆動輪８側へと伝達可能である。
クラッチ２の内部には、エンジン１からの駆動力が入力される駆動側の係合要素２ａと、駆動輪８側に駆動力を出力する被駆動側の係合要素２ｂとが設けられる。これらの係合要素２ａ，２ｂは、図示しないクラッチ油圧ポンプから与えられるクラッチ油圧に応じて、接近，離間（すなわち係合，開放）する方向に駆動される。
また、車両１０の任意の位置には、アクセルペダルの踏み込み操作量に対応するアクセル開度Dを検出するアクセル開度センサー２３と、車速Vを検出する車速センサー２７とが設けられる。これらのアクセル開度D，車速Vの情報は、車両制御装置１１に伝達される。
［２．制御装置］
［２−１．概要］
車両制御装置１１は、パワートレインの各種装置の動作を統括的に管理する電子制御装置であり、例えばマイクロプロセッサやROM，RAM等を集積したLSIデバイスや組み込み電子デバイスとして構成される。ここでは、車両１０の走行状態や運転条件などに応じた走行モードが選択されるとともに、走行モードに応じてエンジン１の作動状態やエンジン出力，クラッチ２の断接状態，モーター３の出力，ジェネレーター４での発電量などが制御される。
車両１０の走行モードとしては、ＥＶモード，シリーズモード（第一走行モード），パラレルモード（第二走行モード）等が設定されている。ＥＶモードとは、モーター３のみの駆動力で車両１０を走行させるモードであり、すなわち電気自動車（ＥＶ，Electric Vehicle）の駆動手法と同様の制御が実施されるものである。このＥＶモードは、おもにバッテリー６の充電率が十分に大きく、車両１０の走行速度（車速）が所定の判定車速V0以下のときに選択される。ＥＶモードではエンジン１が停止し、クラッチ２が切断された状態となる。また、モーター３の出力は、車両１０に要求されている出力（例えば、アクセル開度Dや車速Vに基づいて設定される要求出力）に応じて増減制御される。
シリーズモードは、モーター３の駆動力で走行しながらエンジン１の動力で発電を行うモードである。シリーズモードでは、クラッチ２が切断された状態とされ、トランスアクスル７の内部において、クラッチ２よりもエンジン１側の動力伝達経路と駆動輪８側の動力伝達経路とが分離される。また、前者の動力伝達経路では、エンジン１の駆動力がジェネレーター４に伝達され、ジェネレーター４での発電が実施される。
ジェネレーター４で発生した電力は、インバーター５を介してバッテリー６に充電され、あるいは、インバーター５から直接的にモーター３へと供給される。このシリーズモードは、おもに車両１０の走行速度（車速）が所定の判定車速V0以下であって、バッテリー６の充電率が十分に大きくないとき（バッテリー残量がやや少ないとき）に選択される。例えば、ＥＶモードでの走行中にバッテリー６の充電率が低下してきたときには、走行モードがＥＶモードからシリーズモードに変更される。
パラレルモードは、エンジン１とモーター３とを併用して走行するモードである。このパラレルモードでは、クラッチ２が係合した状態に制御され、エンジン１の駆動力が駆動輪８に伝達される。また、モーター３の出力は、車両１０に要求されている出力に応じて増減制御される。典型的には、車両１０に要求されている出力からエンジン１の出力を減じたものが、モーター３の出力とされる。このパラレルモードは、おもに車両１０の走行速度（車速）が所定の判定車速V0を超えるときに選択される。例えば、ＥＶモードやシリーズモードでの走行中に車速が上昇し、所定の判定車速V0を超えたときには、走行モードがパラレルモードに変更される。
上記のＥＶモード，シリーズモード（第一走行モード）は、モーター３が主体となって車両１０を走行させるモードである。これに対し、パラレルモード（第二走行モード）は、エンジン１が主体となって車両１０を走行させるモードであり、エンジン１の出力が不足しない限りモーター３は作動しない。パラレルモードでのモーター３の動力は、車両１０に要求されている出力をエンジン１のみで賄えないような場合に補助的に使用される。
ＥＶモード，シリーズモードからパラレルモードへの移行時には、クラッチ２の断接状態が開放状態から係合状態へと切り換えられ、車両１０を走行させる主体となる駆動源が変更される。車両制御装置１１は、このような切り換えに伴う駆動力の急変やトルクショックの発生を防止するために、移行制御を実施する。本実施形態では、シリーズモードからパラレルモードへの移行時に実施される移行制御について詳述する。
［２−２．制御ブロック］
移行制御では、開放状態のクラッチ２が係合するようにクラッチ油圧が制御されるとともに、車両１０に要求されている出力に応じてエンジン１の出力が増加するように、エンジン１の点火系，燃料系，吸排気系及び動弁系が制御される。また、モーター３の出力は、車両１０に要求されている出力を基準として、エンジン出力の不足分を補う大きさとなるように制御される。
この移行制御を実施するために、車両制御装置１１には、エンジン制御部１２，クラッチ制御部１３，モーター制御部１４，ジェネレーター制御部１５及びバッテリー制御部１６が設けられる。これらの各要素は電子回路（ハードウェア）によって実現してもよく、ソフトウェアとしてプログラミングされたものとしてもよいし、あるいはこれらの機能のうちの一部をハードウェアとして設け、他部をソフトウェアとしたものであってもよい。
エンジン制御部１２は、エンジン１の動作を制御するものである。図１に示すように、エンジン制御部１２には、予測演算部１２ａとエンジントルク制御部１２ｂとが設けられる。
予測演算部１２ａ（演算手段）は、クラッチ２の係合後におけるエンジン１の出力目標値としての目標トルクTTGTを、クラッチ２の係合前に予測して演算するものである。目標トルクTTGTは、例えば車速Vやアクセル開度Dに基づいて演算され、あるいはその時点でのモーター３の出力に対応する値として演算される。クラッチ２の係合後におけるエンジン１の出力目標値（第一目標出力）は、目標トルクTTGTとその時点でのエンジン回転数Neとの積で表現してもよい。ここで演算された目標トルクTTGTの値は、エンジントルク制御部１２ｂに伝達される。
エンジントルク制御部１２ｂ（エンジン制御手段）は、燃料噴射量や点火時期，吸気量等を制御して、エンジン１から実際に出力されるトルクの大きさを制御するものである。ここではまず、予測演算部１２ａで演算された目標トルクTTGTに所定のロス分トルクTLOSを加算したものが、制御用目標トルクTとして演算される。ロス分トルクTLOSとは、クラッチ２の係合要素２ａ，２ｂ間の回転速度を同期させるときに失われるトルク（トルク損失）に相当するものであり、各々の係合要素２ａ，２ｂの回転速度や速度差に基づいて演算される値である。
本実施形態では、例えば車速Vやエンジン回転数Ne，アクセル開度D等に基づいて、ロス分トルクTLOSが演算されるものとする。また、ロス分トルクTLOSは、少なくとも０以上の値を持つ。したがって、目標トルクTTGTに所定のロス分トルクTLOSを加算したものとその時点でのエンジン回転数Neとの積で表現される出力（第二目標出力）は、少なくとも目標トルクTTGTとその時点でのエンジン回転数Neとの積で表現される出力（第一目標出力）以上の大きさである。
また、エンジントルク制御部１２ｂは、後述する切り換え判定部１３ａで移行制御の開始条件が成立すると、クラッチ２が係合するタイミングよりも前から、エンジン１の実際の出力トルクが制御用目標トルクTに一致する（又は近づく）ように、エンジン１の作動状態を制御する。つまり、エンジン１の駆動力がクラッチ２の係合要素２ｂにまだ伝達されていない状態で、早々とエンジン１の出力を上昇させる制御が実施される。なお、ここで演算された制御用目標トルクT及びロス分トルクTLOSは、ジェネレーター制御部１５に伝達される。
ただし、エンジントルク制御部１２ｂは、バッテリー６の充電率Cが所定充電率C0以下の場合に限り、制御用目標トルクTを用いたエンジン制御を実施する。バッテリー６の充電率Cが所定充電率C0を超える場合には、エンジン出力が比較的小さい一定の値（例えば、アイドリング回転を維持する程度の出力）となるように、エンジン１を制御する。
クラッチ制御部１３（クラッチ制御手段）は、クラッチ２の動作を制御するものである。クラッチ制御部１３には、切り換え判定部１３ａと回転数差演算部１３ｂとが設けられる。
切り換え判定部１３ａ（切り換え判定手段）は、上記のＥＶモード，シリーズモードからパラレルモードへの移行制御を実施するか否かを判定するものである。移行制御の開始条件は、所定の判定車速V0以下であった車速Vが判定車速V0を超えることである。ここでいう判定車速V0は、予め設定された固定値（例えば、時速80[km/h]など）としてもよいが、本実施形態では、後述するバッテリー制御部１６で演算されるバッテリー６の充電率C及び電池温度Eに応じて設定されるものとする。
例えば、切り換え判定部１３ａには、充電率Cを引数として第一判定車速V1を算出するための制御マップと、電池温度Eを引数として第二判定車速V2を算出するための制御マップとを予め記憶させておく。これらの制御マップを図２（ａ），（ｂ）に例示する。第一判定車速V1，第二判定車速V2はそれぞれ、充電率Cが高いほど、あるいは電池温度Eが高温であるほど大きな値に設定されるものとする。その後、切り換え判定部１３ａは、第一判定車速V1，第二判定車速V2の何れか小さい一方を判定車速V0として、移行制御の開始条件を判定する。
なお、移行制御の開始条件は、車速Vだけでなく、バッテリー６の充電率Cやアクセル開度D等に基づいて判定してもよい。切り換え判定部１３ａでの判定結果は、エンジン制御部１２，ジェネレーター制御部１５に伝達される。
回転数差演算部１３ｂは、移行制御の開始条件が成立したのちに、クラッチ２の係合要素２ａ，２ｂの回転速度が同期した時点でクラッチ２を係合させるものである。係合要素２ａ，２ｂのそれぞれの回転速度は、エンジン回転数Ne，モーター回転数Nmに基づいて演算される。ここでは、例えば係合要素２ａ，２ｂの回転速度差が所定速度以下になったときに回転速度が同期したものと判定され、少なくとも何れかの係合要素２ａ，２ｂに対してクラッチ油圧を与える制御信号が出力される。
これにより、係合要素２ａ，２ｂが接近して係合し、クラッチ２が接続される。係合要素２ａ，２ｂの回転速度が同期した状態でクラッチ２が接続されるため、クラッチスリップが発生せずトルクショックも発生しない。また、回転数差演算部１３ｂは、クラッチ油圧を与えてから所定の係合時間Gが経過した時点でクラッチ２が係合したと判断し、クラッチ２が係合したことをモーター制御部１４，ジェネレーター制御部１５に伝達する。
モーター制御部１４（電動機制御手段）は、モーター３の動作を制御するものである。ここでは、例えば車速Vやモーター回転数Nm，アクセル開度D等に基づいて目標モータートルクTmが演算され、実際のモーター３の出力トルクTMTRが目標モータートルクTmに一致する（又は近づく）ように、モーター３及びインバーター５が制御される。
また、モーター制御部１４は、クラッチ２がほぼ完全に係合した旨の情報を回転数差演算部１３ｂから受け取ったときには、モーター３を停止させる制御を実施する。このとき、モーター３の出力トルクTMTRが所定の減少時間Fでゼロになるようにモーター３及びインバーター５が制御され、例えばモーター３に供給される電流値を漸減させる制御が実施される。
ジェネレーター制御部１５（発電機制御手段）は、ジェネレーター４の動作を制御するものである。このジェネレーター制御部１５には、発電量演算部１５ａと発電トルク制御部１５ｂとが設けられる。
発電量演算部１５ａは、移行制御時にジェネレーター４で吸収される発電トルクTGENを演算するものである。発電トルクTGENは、エンジン１で発生する出力（すなわち、ジェネレーター４での理論上の最大発電量）から、係合要素２ａ，２ｂ間の回転速度を同期させるときに失われる出力を減算したものである。なお、クラッチ２よりもエンジン１側の動力伝達経路におけるエネルギー収支は、以下のように表現される。したがって、クラッチ２がまだ係合していないときにエンジン１で生成されるエネルギーは、動力伝達経路内での損失エネルギーを除いて、ジェネレーター４で電力として回収される。
（ジェネレーター４での発電エネルギー）
＝（エンジン１で発生するエネルギー）−（クラッチ２の同期に係る損失）
エンジン１で発生する出力は、例えば制御用目標トルクT及びエンジン回転数Neに基づいて演算される。また、クラッチ２の同期に係る損失は、例えば車速Vやエンジン回転数Ne，アクセル開度D，ロス分トルクTLOS等に基づいて演算される。ここで、前者から後者を減算した出力が、ジェネレーター４で吸収すべき目標出力となる。あるいは、予測演算部１２ａで演算された目標トルクTTGT及びエンジン回転数Neから演算される出力が、ジェネレーター４で吸収すべき目標出力となる。
発電量演算部１５ａは、ジェネレーター４の発電特性に基づき、ジェネレーター４で発電される電力がジェネレーター４で吸収すべき目標出力と一致するような発電トルクTGENを演算する。ここで演算された発電トルクTGENは、発電トルク制御部１５ｂに伝達される。
発電トルク制御部１５ｂは、発電量演算部１５ａで演算された発電トルクTGENがジェネレーター４で電力に変換されるように、ジェネレーター４の駆動電流を制御するものである。発電トルク制御部１５ｂは、切り換え判定部１３ａで移行制御の開始条件が成立すると、クラッチ２が係合するタイミングよりも前から、エンジン１で発生する出力のうち、目標トルクTTGTに相当する出力を電力に変換するように機能する。
このとき、ジェネレーター４での発電量は、エンジン１で実際に発生する出力に応じて変化しうる。例えば、アクセル開度Dの変動により、エンジン１の出力が増加又は減少したときには、それに応じてジェネレーター４での発電量も増加又は減少する。このように、クラッチ２の係合後におけるエンジン１の目標トルクTTGTに応じた発電を実施する制御のことを、発電量可変制御と呼ぶ。
ただし、発電量可変制御には、二つの制御禁止条件がある。第一の禁止条件は、バッテリー６の充電率Cが所定充電率C0よりも高い場合であり、第二の禁止条件は、判定車速V0が所定車速Vxよりも高い場合である。
前者の場合、バッテリー６の充電率Cが十分に高い状態では、ジェネレーター４で発電することができない。つまり、ジェネレーター４で電力として吸収されるエネルギーが減少することから、動力伝達経路内でのエネルギー収支のバランスが崩れ、クラッチ２の回転数を同期させることが困難になる。そこで、発電トルク制御部１５ｂは、バッテリー６の充電率Cが所定充電率C0を超えるときには発電量可変制御を実施せず、少なくともバッテリー６の充電率Cが所定充電率C0以下のときに、発電量可変制御を実施する。ここでいう所定充電率C0とは満充電状態に近い充電率（例えば、90[%]や95[%]など）である。
バッテリー６の充電率Cが所定充電率C0を超えるとき、発電トルク制御部１５ｂは、発電量が一定値に固定されるようにジェネレーター４の駆動電流を制御する。このときの発電量は、例えばアイドリング状態のエンジン１の出力に対応する程度の大きさに設定される。
後者の場合、判定車速V0が高い状態ではモーター３の回転数Nmが大きく、さらにクラッチ２の係合後のエンジン回転数Neも大きくなるため、ジェネレーター４で電力として吸収しなければならないエネルギーが増大してしまう。これにより、動力伝達経路内でのエネルギー収支のバランスが崩れ、クラッチ２の回転数を同期させることが困難になる。そこで、発電トルク制御部１５ｂは、判定車速V0が所定車速Vxを超えるときには発電自体を実施せず、少なくとも判定車速V0が所定車速Vx以下のときに、発電量可変制御を実施する。ここでいう所定車速Vxとは、例えば時速100[km/h]以上の速度である。判定車速V0が所定車速Vxを超えるとき、発電トルク制御部１５ｂは発電を実施しない。
なお、発電トルク制御部１５ｂは、クラッチ２がほぼ完全に係合した旨の情報を回転数差演算部１３ｂから受け取ったときには、ジェネレーター４を停止させる制御を実施する。このとき、ジェネレーター４での発電トルクTGENが所定の減少時間Fでゼロになるように、ジェネレーター４の駆動電流が制御される。これにより、クラッチ２がほぼ完全に締結した後には、モーター３がその出力を減少させるのと同時に、ジェネレーター４が変換する電力を減少させることになる。したがって、駆動輪８側に伝達されるトータルの出力が一定のまま、かつ、エンジン１の出力も一定のまま、モーター３及びジェネレーター４の動作が同期的に停止する。
バッテリー制御部１６は、バッテリー６の状態を検出，算出するものである。ここでは、電流値A，電圧値B，電池温度E等に基づいて、バッテリー６の充電率Cが演算される。充電率Cは、例えば電流値A，電圧値B，電池温度Eと充電率Cとの対応関係を定める数式やマップを用いて演算される。ここで得られた充電率Cの値は、エンジン制御部１２，クラッチ制御部１３，ジェネレーター制御部１５に伝達される。
［３．フローチャート］
車両制御装置１１の内部では、図３に示すフローチャートが所定周期で繰り返し実施される。このフローは、シリーズモードやＥＶモードからパラレルモードへの移行制御を実施するか否かを判定するためのフローである。
ステップＡ１０では、各種センサー情報が車両制御装置１１に入力される。続くステップＡ２０では、切り換え判定部１３ａにおいて、充電率Cに基づいて第一判定車速V1が算出されるとともに、電池温度Eに基づいて第二判定車速V2が算出される。また、ステップＡ３０では、第一判定車速V1，第二判定車速V2の何れか小さい一方が、最終的な判定車速V0として設定される。
ステップＡ４０では、現在の車速Vが判定車速V0を超える速度であるか否かが判定される。ここで、V＞V0である場合にはステップＡ５０へ進み、パラレルモードへの移行制御が開始される。一方、V≦V0である場合にはステップＡ６０へ進み、これまでの走行モードが維持される。
図４は、パラレルモードへの移行制御の内容を説明するためのフローチャートである。このフローは、図３のフローでステップＡ５０に進んだ場合に開始され、走行モードがパラレルモードになるまで（パラレルモードに完全に移行するまで）繰り返し実施される。
ステップＢ１０では、ジェネレーター制御部１５の発電トルク制御部１５ｂにおいて、判定車速V0が所定車速Vxを超えているか否かが判定される。ここで、V0＞Vxである場合には、ジェネレーター４で電力として吸収しなければならないエネルギーが過大になるものと判断され、ステップＢ３０に進む。一方、ここでV0≦Vxである場合には、ステップＢ２０に進む。
ステップＢ２０では、発電トルク制御部１５ｂにおいて、充電率Cが所定充電率C0を超えているか否かが判定される。ここでC＞C0である場合には、ジェネレーター４で電力として吸収可能なエネルギーが少ないものと判断され、ステップＢ４０に進む。一方、ここでC≦C0である場合には、ステップＢ５０に進む。
ステップＢ３０では、発電トルク制御部１５ｂにおいてジェネレーター４による発電が禁止され、ステップＢ６０に進む。一方、ステップＢ４０では、発電量が一定値に固定されるようにジェネレーター４が制御され、ステップＢ６０に進む。この場合、発電電流が直接的にモーター３に供給される。また、ステップＢ５０では、エンジン１で発生する出力に応じて発電量が変化するようにジェネレーター４が制御される発電量可変制御が実施され、ステップＢ６０に進む。
ステップＢ６０では、クラッチ２の係合要素２ａ，２ｂ間の回転速度を同期させる制御が実施される。すなわち、エンジントルク制御部１２ｂでは、エンジン１の実際の出力トルクが制御用目標トルクTに一致する（又は近づく）ように、エンジン１の作動状態が制御される。また、モーター制御部１４では、実際のモーター３の出力トルクTMTRが目標モータートルクTmに一致する（又は近づく）ように、モーター３及びインバーター５が制御される。
続くステップＢ７０では、クラッチ制御部１３の回転数差演算部１３ｂにおいて、係合要素２ａ，２ｂ間の回転速度が同期したか否かが判定される。ここでまだ同期していないと判定された場合には、再び本フローのステップＢ１０に進む。したがって、係合要素２ａ，２ｂの回転速度が同期するまでの間はクラッチ２が開放状態のまま、モーター３による駆動輪８の駆動が継続され、これと同時にエンジン１の出力が比較的高い状態で制御され、かつ、ジェネレーター４での発電が実施される。
一方、係合要素２ａ，２ｂの回転速度が同期したと判定された場合にはステップＢ８０に進む。ステップＢ８０では、クラッチ制御部１３の回転数差演算部１３ｂにおいて、係合要素２ａ，２ｂに対してクラッチ油圧を与える制御信号が出力され、クラッチ２が接続される。
続くステップＢ９０では、モーター制御部１４において、モーター３の出力トルクTMTRが所定の減少時間Fでゼロになるようにモーター３及びインバーター５が制御され、モーター３が徐々に停止する。またこれと同時に、ジェネレーター制御部１５の発電トルク制御部１５ｂでは、ジェネレーター４での発電トルクTGENが減少時間Fでゼロになるように、ジェネレーター４の駆動電流が制御され、ジェネレーター４での発電も徐々に停止する。
モーター３からの出力とジェネレーター４で吸収される出力とが同期して減少するため、駆動輪８側に伝達される軸トルクは変化することなく、一定のまま維持される。
モーター３の出力とジェネレーター４での発電量とがともにゼロになると、エンジン１のみが駆動輪８に駆動力を伝達する状態となり、車両１０の走行モードがパラレルモードとなる。
［４．作用］
図５（ａ）〜（ｆ）を用いて、上記の制御装置による移行制御中の制御作用を説明する。ここでは、時刻t0よりも前の車速Vが判定車速V0以下であり、走行モードはシリーズモードである。時刻t0に車速Vが判定車速V0を超えて移行制御の開始条件が成立すると、エンジン１の実際の出力トルクが制御用目標トルクTに一致するように、エンジン１の作動状態が制御される。このとき、クラッチ２はまだ係合していない状態であるが、クラッチ２が係合した後にエンジン１が出力すべきトルクの目標値が予測され、目標トルクTTGTとして演算される。また、制御用目標トルクTは、図５（ｃ）に示すように、目標トルクTTGTにロス分トルクTLOSを加算したものとなる。
一方、ジェネレーター４での発電量は、エンジン１で発生する出力から損失分の出力を差し引いたものとされる。例えば、図５（ｂ）に示すように、時刻t1でのジェネレーター４の発電量は、そのときの発電トルクTGENにジェネレーター４の回転数を乗じたものに相当する。このとき、ジェネレーター４の発電量が時刻t1でのエンジン１の目標トルクTTGTにエンジン回転数Neを乗じたものと一致するように、ジェネレーター４の駆動電流が制御される。
これにより、ジェネレーター４で吸収される電力は、エンジン１で発生する出力から損失分の出力を差し引いたものに一致し、図５（ｃ）中にハッチング領域で示すように、目標トルクTTGTに相当する出力がすべてジェネレーター４で電力に変換される。
一方、エンジン回転数Neは、図５（ｄ）に示すように徐々に上昇し、クラッチ２の係合要素２ａ，２ｂの回転速度差が減少する。これに応じてロス分トルクTLOSも小さくなり、制御用目標トルクTが目標トルクTTGTに漸近する。図５（ｃ）で記号Ｘが付された白抜き部分は、エンジン回転数Neが上昇するに連れてロス分トルクTLOSが減少することを示している。
その後、時刻t2にクラッチ２の係合要素２ａ，２ｂの回転速度が同期する。係合要素２ａ，２ｂの回転速度が同期した状態でクラッチ２が接続されるため、クラッチスリップが発生せずトルクショックも発生しない。なお、この同期は、係合要素２ａ，２ｂの回転速度差が所定速度以下になったことを以て判定してもよいし、制御用目標トルクTと目標トルクTTGTとが一致したことを以て判定してもよい。あるいは、図５（ｄ）に示すように、エンジン回転数Neがモーター回転数Nmや目標トルクTTGTに対応する所定回転数Ne0になったことを以て判定してもよい。時刻t2からクラッチ２の係合操作が開始され、クラッチ油圧を与える制御信号が車両制御装置１１からクラッチ２に出力される。
時刻t2から所定の係合時間Gが経過した時刻t3になると、クラッチ２が係合したと判断され、モーター３及びジェネレーター４の動作が同期的に停止するように制御される。モーター３の出力トルクTMTRは、図５（ａ）に示すように、所定の減少時間Fでゼロになるように一定の勾配で減少する。また、ジェネレーター４の発電トルクTGENも、図５（ｂ）に示すように、減少時間Fでゼロになるように線形に減少する。図５（ａ）中にハッチング領域で示すトルクに対応する出力は、図５（ｂ）中にハッチング領域で示すトルクに対応する電力量に相当する。
これにより、エンジン１から駆動輪８側に伝達される出力は、ジェネレーター４に吸収されていた分を徐々に取り戻して増大する。また、時刻t4にジェネレーター４での発電が停止する（発電量がゼロになる）と、エンジン１の出力は本来の制御用目標トルクTに対応するものとなる。上記のような制御の結果、図５（ｆ）に示すように、クラッチ２の係合前から係合後にかけての軸トルク（クラッチ２から駆動輪８側に伝達されるトルク）が安定し、過不足のない駆動力が駆動輪８に伝達される。
［５．効果］
（１）このように、上記の車両１０での走行モードの切り換え時には、クラッチ２が係合する前から、クラッチ２の係合後に必要となる出力よりも、エンジン出力が大きく設定される。これにより、クラッチ２の係合直後から過不足のないエンジン出力で車両１０を走行させることができ、走行，加速のもたつきや空走感を解消して、走行性能を向上させることができる。なお、クラッチの係合前に制御用目標トルクTを少なくとも目標トルクTTGT以上の大きさに設定しておけば、このような効果を奏するものとなる。
（２）また、上記の車両１０では、エンジン出力の余剰分に相当する電力が、クラッチ２の係合前からジェネレーター４で吸収される。つまり、ジェネレーター４で吸収される電力を変更すれば、クラッチ２の係合状態に関わらず、係合要素２ａに伝達されるエンジン出力の大きさが可変となる。したがって、クラッチ２を係合させる際の制御性を向上させることができる。
また、クラッチ２の係合前のエンジン出力が、クラッチ係合後を見越した大きめの値に設定されていることから、クラッチ２に伝達されるエンジン出力の最大値は、クラッチ２の係合後に必要となる出力以上の大きな値となる。一方、ジェネレーター４で吸収される電力を大きくすれば、クラッチ２に伝達されるエンジン出力が微小な値となる。したがって、クラッチ２に伝達される出力の変更幅を増大させることができる。さらに、幅広い変更幅で駆動輪８側に伝達される出力が変更可能であるため、クラッチ２の係合直後から過不足のないエンジン出力を駆動輪８側に伝達することができ、加速のもたつきや空走感を確実に解消することができ、走行性能をさらに向上させることができる。
（３）また、上記の車両１０では、バッテリー６の充電率Cが所定充電率C0以下のときに、発電量可変制御が実施される。ジェネレーター４での発電ができない場合には、発電量可変制御が不実施とされ、発電量が一定値に固定されて、発電電流が直接的にモーター３に供給される。このような制御構成により、動力伝達経路内でのエネルギー収支を精度よく均衡させることができ、クラッチ２の係合要素２ａ，２ｂの回転数を同期させやすくすることができるとともに、クラッチ２の係合後の出力制御性を向上させることができる。
（４）また、上記の車両１０では、クラッチ２の係合後にモーター３を停止させる際に、モーター３及びジェネレーター４の動作が同期的に停止するように制御される。例えば、図５（ａ），（ｂ）に示すように、モーター３の出力トルクTMTRは所定の減少時間Fでゼロになるように一定の勾配で減少し、ジェネレーター４の発電トルクTGENも減少時間Fでゼロになるように一定の勾配で減少する。一方、エンジン１の制御用目標トルクTは、モーター３の作動状態とは無関係に制御可能であり、例えば図５（ｃ）に示す例では変動せず一定のままとなる。
このように、モーター３の出力を減少させる操作とジェネレーター４で電力に変換される出力を減少させる操作とを連動させることにより、エンジン１の出力を変化させることなく、駆動輪８に伝達される軸トルクを一定に維持することが容易となり、パラレルモードへのスムーズな移行が可能となる。また、例えば従来のハイブリッド自動車では、クラッチ２の係合後にエンジン１の出力を短時間で増大させる必要があったが、上記の車両１０ではその必要がない。したがって、クラッチ係合後の駆動トルクを安定させることができ、走行性能を向上させることができる。
（５）また、上記の車両１０では、クラッチ２の係合要素２ａ，２ｂの回転速度が同期したときに、クラッチ２を係合させる操作が実施される。したがって、クラッチスリップの発生を防止することができるとともに、トルクショックの発生を防止することができる。また、発電量可変制御では、係合要素２ａ，２ｂの回転速度を同期させるのに要する出力のみがクラッチ２のエンジン１側の係合要素２ａに伝達されるため、制御精度を向上させることができ、比較的短時間で係合要素２ａ，２ｂの回転速度を同期させることができる。
（６）また、上記の車両１０では、車速Vに基づいて走行モードの切り換えが実施され、パラレルモードはＥＶモード，シリーズモードよりも比較的高速での走行時に設定される。一般に、モーター３はエンジン１と比較して低速域で安定した大トルクを出力可能であることから、低速域にモーター３を主体とした走行モードを利用することで、車両１０の発進性を向上させることができる。一方、中高速域ではモーター３の出力トルクが減少するのに対してエンジン１の出力トルクが増大するため、エンジン１を主体とした走行モードを利用して、車両１０のエネルギー効率や運動性能を高めることができる。また、このように、モーター３及びエンジン１のそれぞれの出力特性を考慮して走行モードを切り換えることにより、車両１０の走行性能を向上させることができる。
（７）さらに、上記の車両１０では走行モードの切り換えの要否判定に際し、バッテリー６の充電率Cに基づいて設定される第一判定車速V1や、電池温度Eに基づいて設定される第二判定車速V2を用いて、判定車速V0を演算している。このような制御により、バッテリー６の充電率を常に高めの値に維持しておくことができる。また、高温環境下でのバッテリー６及びモーター３の使用をできるだけ控えてエンジン１を使用することができ、バッテリー６及びモーター３の寿命を延ばすことができる。したがって、モーター走行に係る制御の信頼性を向上させることができる。
［６．変形例］
上述の実施形態では、走行モードをシリーズモードからパラレルモードへと切り換える際の移行制御について詳述したが、ＥＶモードからパラレルモードへの移行制御についても、同様の制御を実施することができる。この場合、図５（ｂ）中で時刻t0以前の発電トルクTGENがゼロであり、図５（ｃ）中で時刻t0以前の制御用目標トルクTもゼロである。一方、時刻t0以降は、ほぼ同様のグラフ形状となる。
また、上述の実施形態では、図５（ｆ）に示すように、移行制御中の軸トルクがほぼ一定となる場合にについて例示したが、軸トルクの値は必ずしも一定とは限らない。例えば、移行制御中にアクセルペダルの踏み込み操作が強められれば、モーター３の出力トルクTMTRが増加するとともにエンジン１の制御用目標トルクTが増加し、これに伴って、発電トルクTGENも増加する。これにより、駆動輪８に伝達される軸トルクの大きさは、アクセルペダルの踏み込み操作に応じたものとなる。
また、モーター３の出力トルクTMTRとジェネレーター４の発電トルクTGENとがともに増加することから、モーター３及びジェネレーター４の動作を同期させることができ、すなわちモーター３の作動状態とは無関係にエンジン１の出力を制御することができる。したがって、モーター３を停止させるときにエンジン１に特別な操作は不要であり、クラッチ係合後の駆動トルクを安定させて、走行性能を向上させることができる。
１ エンジン
２ クラッチ
３ モーター（電動機）
４ ジェネレーター（発電機）
１１ 車両制御装置
１２ エンジン制御部
１２ａ 予測演算部（演算手段）
１２ｂ エンジントルク制御部（エンジン制御手段）
１３ クラッチ制御部（クラッチ制御手段）
１３ａ 切り換え判定部（切り換え判定手段）
１４ モーター制御部（電動機制御手段）
１５ ジェネレーター制御部（発電機制御手段）
１６ バッテリー制御部

Claims (7)

  1. 車両の駆動輪に動力を伝達するエンジンと、
    前記エンジンと前記駆動輪との間の動力伝達経路上に介装されたクラッチと、
    前記クラッチよりも前記駆動輪側で前記駆動輪に動力を伝達する電動機と、
    前記電動機の動力で前記車両を走行させる第一走行モードから、前記エンジンの動力で前記車両を走行させる第二走行モードへの切り換えに際し、前記クラッチの係合後における前記エンジンの第一目標出力を前記クラッチの係合前に演算する演算手段と、
    前記クラッチの係合前に、前記エンジンの出力を前記演算手段で演算された前記第一目標出力以上となる第二目標出力に制御するエンジン制御手段と、を備える
    ことを特徴とする、ハイブリッド自動車の制御装置。
  2. 前記エンジンの動力で発電し、前記電動機に電力を供給するバッテリーを充電する発電機と、
    前記クラッチの係合前に、前記第一目標出力に相当する前記エンジンの出力により前記発電機を駆動して発電させる発電機制御手段と、を備える
    ことを特徴とする、請求項１記載のハイブリッド自動車の制御装置。
  3. 前記バッテリーの充電率が所定値以下である場合に、前記発電機制御手段が前記発電機に発電させる
    ことを特徴とする、請求項２記載のハイブリッド自動車の制御装置。
  4. 前記第一走行モードから前記第二走行モードへの切り換えに際し、前記クラッチの係合後に前記電動機の出力トルクを減少させる電動機制御手段を備え、
    前記電動機制御手段が前記電動機の出力トルクを減少させるのと同時に、前記発電機制御手段が前記発電機の出力を減少させる
    ことを特徴とする、請求項２又は３記載のハイブリッド自動車の制御装置。
  5. 前記第一走行モードから前記第二走行モードへの切り換えに際し、前記クラッチの前記エンジン側及び前記電動機側の回転速度差が所定値以下になったときに、前記クラッチを係合させるクラッチ制御手段を備える
    ことを特徴とする、請求項１〜４の何れか１項に記載のハイブリッド自動車の制御装置。
  6. 前記車両の走行速度に基づいて、前記第一走行モードから前記第二走行モードへの切り換えを実施するか否かを判定する切り換え判定手段を備える
    ことを特徴とする、請求項１〜５の何れか１項に記載のハイブリッド自動車の制御装置。
  7. 前記切り換え判定手段が、前記電動機の電力源である第二バッテリーの充電率又は温度に応じて設定される判定車速と前記車両の走行速度との大小関係に基づき、前記切り換えを実施するか否かを判定する
    ことを特徴とする、請求項６記載のハイブリッド自動車の制御装置。
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