JP2015054646A - ハイブリッド車両 - Google Patents

Abstract

【課題】モータジェネレターに電力を供給するバッテリの過放電を防止する。【解決手段】システムの起動要求時に、スタータモータでエンジンを始動し、エンジンの出力トルクで走行できるようにする場合、エンジンが完爆したと判定されてからが所定時間Ｔ内に第１クラッチが締結できない場合には、モータジェネレータの駆動を停止するとともに、エンジンの駆動を停止し、ハイブリッド車両のシステムの起動を停止する。【選択図】図５

Description

本発明は、内燃機関とモータを駆動源として有するハイブリッド車両に関する。

例えば、特許文献１には、車両の駆動源として、スタータモータを備えた内燃機関と、発電機能を有する電動機と、を備え、内燃機関と電動機とが第１のクラッチを介して連結され、電動機と変速機とが第２のクラッチを介して連結されたハイブリッド車両が開示されている。この特許文献１のハイブリッド車両においては、上記第１のクラッチと上記第２のクラッチの双方を締結すると、内燃機関の出力トルクを駆動輪に伝達可能となり、上記第１のクラッチを締結せず、上記第２のクラッチのみを締結すると、上記電動機の出力トルクのみを駆動輪に伝達可能となっている。

特開２０１３−１５９３３０号公報

このような特許文献１のハイブリッド車両においては、内燃機関の出力トルクが必要となるような状況で第１のクラッチが故障していると、内燃機関の出力トルクを駆動輪に伝達することができなくなる。そのため、このような状態が続くと、内燃機関が運転されているにも関わらず、駆動輪に十分な駆動トルクが伝達されず、電動機に電力を供給するバッテリが過度に放電してしまい、バッテリの状態によっては当該バッテリを交換しなければならなくなる虞がある。

本発明のハイブリッド車両は、駆動源として内燃機関及びモータを備え、上記内燃機関と上記モータとの間に第１クラッチが介在し、上記モータ変速機との間に第２クラッチが介在している。そして、上記内燃機関をスタータモータにより始動し、該内燃機関の出力トルクを利用して車両を発進させる場合、上記モータの回転駆動力により油圧ポンプを駆動している状態で所定時間内に上記第１クラッチが締結できなければ、上記モータを停止するとともに、上記内燃機関を停止する。

本発明によれば、内燃機関をスタータモータにより始動し、該内燃機関の出力トルクを利用して車両を発進させる場合、第１クラッチが締結できなければ、モータを停止し、内燃機関を停止するので、モータジェネレータに電力を供給するバッテリの過度の放電を防止することができ、このバッテリを保護することができる。

本発明が適用されるハイブリッド車両のシステム構成を示す構成説明図。 ハイブリッド車両のモード切換の特性を示す特性図。 ハイブリッド車両の起動シーケンスの一例を模式的に示した説明図。 第１の起動モードを実施した際のタイミングチャート。 第１の起動モードを実施した際の制御の流れを示すフローチャート。

以下、本発明の一実施例を図面に基づいて詳細に説明する。図１は、この発明が適用されるハイブリッド車両の一例としてＦＦ（フロントエンジン／フロントドライブ）型ハイブリッド車両のシステム構成を示す構成説明図である。

このハイブリッド車両は、車両の駆動源として、内燃機関としてのエンジン１とモータとしてのモータジェネレータ２とを備えているとともに、変速機としてベルト式無段変速機３を備えている。エンジン１とモータジェネレータ２との間には、第１クラッチ４が介在し、モータジェネレータ２とベルト式無段変速機３との間には、第２クラッチ５が介在している。

エンジン１は、例えばガソリンエンジンからなり、エンジンコントローラ２１からの制御指令に基づいて、始動制御ならびに停止制御が行われるとともに、スロットルバルブの開度が制御され、かつ燃料カット制御等が行われる。

エンジン１の出力軸とモータジェネレータ２のロータとの間に設けられる第１クラッチ４は、選択された走行モードに応じて、エンジン１をモータジェネレータ２に結合し、あるいは、エンジン１をモータジェネレータ２から切り離すものであり、クラッチコントローラ２２からの制御指令に基づき油圧ポンプとしてのオイルポンプ７により生成される第１クラッチ油圧によって、締結／解放が制御される。本実施例の第１クラッチ４は、ノーマルオープン型の構成であり、オイルポンプ７の停止中は解放状態となり、オイルポンプ７の作動中は締結可能な状態となる。

オイルポンプ７は、モータジェネレータ２の回転駆動力によって作動する機械式のポンプであり、例えばギアポンプやベーンポンプ等が用いられる。このオイルポンプ７の入力ギアは、モータジェネレータ２の出力軸２ａにチェーン８を介して接続されている。

モータジェネレータ２は、例えば三相交流の同期型モータジェネレータからなり、高電圧バッテリ１２、インバータ１３および強電リレー１４を含む強電回路１１に接続されている。モータジェネレータ２は、モータコントローラ２３からの制御指令に基づき、インバータ１３を介して高電圧バッテリ１２からの電力供給を受けて正のトルクを出力するモータ動作（いわゆる力行）と、トルクを吸収して発電し、インバータ１３を介して高電圧バッテリ１２の充電を行う回生動作と、の双方を行う。

モータジェネレータ２のロータとベルト式無段変速機３の入力軸との間に設けられる第２クラッチ５は、エンジン１およびモータジェネレータ２を含む車両駆動源と駆動輪６（前輪）との間での動力の伝達および切り離しを行うものであり、クラッチコントローラ２２からの制御指令に基づきオイルポンプ７により生成される第２クラッチ油圧によって、締結／解放が制御される。特に、第２クラッチ５は、伝達トルク容量の可変制御により、滑りを伴って動力伝達を行うスリップ締結状態とすることが可能であり、トルクコンバータを具備しない構成において、円滑な発進を可能にするとともに、クリープ走行の実現を図っている。

ここで、第２クラッチ５は、実際には単一の摩擦要素ではなく、ベルト式無段変速機３の入力部に設けられる前後進切換機構における前進クラッチ４２もしくは後退ブレーキ４３が第２クラッチ５として用いられる。ベルト式無段変速機３への入力回転方向を前進走行時の正転方向と後退走行時の逆転方向とに切り換える前後進切換機構は、サンギア４１ａ、リングギア４１ｂ、ブラネットキャリア４１ｃ等を備えた遊星歯車機構４１と、前進走行時に締結される前進クラッチ４２と、後退走行時に締結される後退ブレーキ４３と、を含んでおり、前進走行時には前進クラッチ４２が第２クラッチ５として機能し、後退走行時には後退ブレーキ４３が第２クラッチ５として機能する。第２クラッチ５となる前進クラッチ４２および後退ブレーキ４３の双方が解放された状態では、トルク伝達はなされず、モータジェネレータ２のロータとベルト式無段変速機３とが実質的に切り離される。なお、本実施例では、前進クラッチ４２および後退ブレーキ４３のいずれもいわゆるノーマルオープン型の構成である。

ベルト式無段変速機３は、入力側のプライマリプーリと、出力側のセカンダリプーリと、両者間に巻き掛けられた金属製のベルトと、を有し、変速機コントローラ２４からの制御指令に基づきオイルポンプ７により生成されるプライマリ油圧とセカンダリ油圧とによって、各プーリのベルト接触半径ひいては変速比が連続的に制御される。このベルト式無段変速機３の入力軸３ａは、サンギヤ４１ａに連結され、出力軸３ｂは終減速機構４５を介して駆動輪６に接続されている。

エンジン１は、始動用のスタータモータ１６を具備している。このスタータモータ１６は、モータジェネレータ２に比較して定格電圧が低い直流モータからなり、ＤＣ／ＤＣコンバータ１７、低電圧バッテリ１８および弱電リレー１９を含む弱電回路１５に接続されている。スタータモータ１６は、エンジンコントローラ２１からの制御指令に基づいて駆動され、エンジン１のクランキングを行う。

低電圧バッテリ１８は、高電圧バッテリ１２を含む強電回路１１からの電力により、ＤＣ／ＤＣコンバータ１７を介して充電される。当該充電された電力を、エンジンコントローラ２１等を含む車両の制御システム、車両の空調装置、オーディオ装置、照明、等の弱電回路１５に供給する。

上記ハイブリッド車両の制御システムは、上述したエンジンコントローラ２１、クラッチコントローラ２２、モータコントローラ２３および変速機コントローラ２４のほか、車両全体の統合制御を行う統合コントローラ２６を備えており、これらの各コントローラ２１、２２、２３、２４、２６は、情報交換が互いに可能なＣＡＮ通信線２７を介して接続されている。また、アクセル開度センサ３１、エンジン１の回転数を検出するエンジン回転数センサ３２、車速センサ３３、モータジェネレータ２の回転数を検出するモータ回転数センサ３４、高電圧バッテリ１２の電圧を検出するバッテリ電圧センサ３５、高電圧バッテリ１２の温度を検出するバッテリ温度センサ３６、低電圧バッテリ１８の電圧を検出するバッテリ電圧センサ３７、低電圧バッテリ１８の温度を検出するバッテリ温度センサ３８、オイルポンプ７から吐出される作動油の油温を検出する油温センサ３９等の種々のセンサ類を備えており、これらセンサの検出信号が、統合コントローラ２６等の各コントローラに個々にあるいはＣＡＮ通信線２７を介して入力されている。

上記のように構成されたハイブリッド車両は、電気自動車走行モード（以下、「ＥＶモード」という。）と、ハイブリッド走行モード（以下、「ＨＥＶモード」という。）と、駆動トルクコントロール発進モード（以下、「ＷＳＣモード」という。）等の走行モードを有し、車両の運転状態や運転者のアクセル操作等に応じて最適な走行モードが選択される。

「ＥＶモード」は、第１クラッチ４を解放状態とし、モータジェネレータ２のみを駆動源として走行するモードであり、モータ走行モードと回生走行モードとを有する。この「ＥＶモード」は、運転者による要求駆動力が比較的に低いときに選択される。

「ＨＥＶモード」は、第１クラッチ４を締結状態とし、エンジン１とモータジェネレータ２とを駆動源として走行するモードであり、モータアシスト走行モード、走行発電モード、エンジン走行モード、を有する。この「ＨＥＶモード」は、運転者による要求駆動力が比較的大きいとき、および高電圧バッテリ１２の充電状態（ＳＯＣ）や車両の運転状態等に基づくシステムからの要求があったときに選択される。

「ＷＳＣモード」は、主に第１クラッチ４を締結状態とし、エンジン１とモータジェネレータ２とを駆動源として走行する場合であって、特に車両発進時等の車速が比較的低い領域で選択されるモードであり、モータジェネレータ２を回転数制御しつつ第２クラッチ５の伝達トルク容量を可変制御することで、第２クラッチ５をスリップ締結状態とする。当該「ＷＳＣモード」により、ベルト式無段変速機３の目標入力回転数がエンジンアイドリング回転数を下回る極低車速であってもエンジン１を駆動源として用いることができる。

図２は、車速ＶＳＰおよびアクセル開度ＡＰＯとに基づく上記の「ＥＶモード」、「ＨＥＶモード」、「ＷＳＣモード」の基本的な切換の特性を示している。図示するように、「ＨＥＶモード」から「ＥＶモード」へ移行する「ＨＥＶ→ＥＶ切換線」と、逆に「ＥＶモード」から「ＨＥＶモード」へ移行する「ＥＶ→ＨＥＶ切換線」と、は適宜なヒステリシスを有するように設定されている。また、所定の車速ＶＳＰ１以下の領域では、「ＷＳＣモード」となる。

このようなハイブリッド車両においては、図３に示すように、運転者がプッシュボタンの押す等のキー操作によりシステムの起動要求をすると、走行可能状態（ＲｅａｄｙＯＮ）となるように、所定の起動シーケンスを実施する。図３は、一例として、実線で後述する第１の起動モードの流れを模式的に示し、破線で第２の起動モードの流れを模式的に示している。

例えば、システムの起動要求時に、モータジェネレータ２の出力可能なトルクが小さい場合には、スタータモータ１６でエンジン１を始動し、エンジン１の出力トルクで走行できるように、第１の起動モードを選択する。第１の起動モードは、スタータモータ１６でエンジン１を始動するスタータ制御を行い、その後強電リレー１４をオンして高電圧バッテリ１２とモータジェネレータ２を電気的に接続し（強電接続）、起動前準備としてモータジェネレータ２を始動して第１クラッチ４の作動油圧を発生させて第１クラッチ４を締結することで、ハイブリッド車両を走行可能状態とする。なお、第１クラッチ４を締結することでエンジン１の駆動力により作動油圧を発生可能な状態となる。また、システムの起動要求時に、モータジェネレータ２の出力可能なトルクがハイブリッド車両を発進走行させる上で十分に確保できるような場合には、エンジン１を始動せずにモータジェネレータ２の出力トルクで走行できるように、第２の起動モードを選択する。第２の起動モードは、強電リレー１４をオンして高電圧バッテリ１２とモータジェネレータ２を電気的に接続し（強電接続）、起動前準備としてモータジェネレータ２を始動することで、第２クラッチ５の作動油圧を発生させてハイブリッド車両を走行可能状態とする。

ここで、第１の起動モード実施時に、故障等により第１クラッチ４が締結できない場合、走行可能状態に至らない状態でエンジン１及びモータジェネレータ２が駆動され続けることになる。つまり、第１クラッチ４が締結できない場合はエンジ１の駆動力により作動油圧を発生できないため、モータジェネレータ２の駆動力による作動油圧の発生を継続しなければならない。そのため、モータジェネレータ２に電力を供給する高電圧バッテリ１２が放電し続けることになる。

第１の起動モードは、モータジェネレータ２の出力トルクが低い、すなわち高電圧バッテリ１２が出力を出せない状況において選択されるものである。高電圧バッテリ１２が出力を出せない状況としては、例えば、高電圧バッテリ１２の温度が低い場合、高電圧バッテリ１２のバッテリＳＯＣが低い場合等がある。そのため、このような状況下で（第１の起動モードで）、モータジェネレータ２を駆動し続けると、高電圧バッテリ１２が過度に放電して劣化してしまい、場合によっては高電圧バッテリ１２を修理、交換しなければならくなる。

そこで、第１の起動モードでシステムを起動し、ハイブリッド車両を走行可能状態にする際に、エンジン１が完爆したと判定されてから所定時間Ｔ内に第１クラッチ４が締結できない場合には、第１クラッチ４の故障と判定し、モータジェネレータ２の駆動を停止するとともに、エンジン１の駆動を停止し、ハイブリッド車両のシステムの起動を停止する。

これによって、高電圧バッテリ１２の過度の放電を防止することができ、高電圧バッテリ１２を保護することができる。また、一旦始動したエンジン１も停止するともに、システムの起動を停止することで、ハイブリッド車両に異常があることを運転者に確実に知らしめることができる。

図４は、第１の起動モードを実施した際のタイミングチャートを示している。運転者がキー操作による起動要求を行い（時刻ｔ１）、時刻ｔ１〜ｔ２間で起動モードを選択する。起動モードとして第１の起動モードが選択されると、時刻ｔ２からスタータモータ１６よるエンジン１のクランキングを開始する。時刻ｔ３にてエンジン１の回転数が所定回転数以上となり、完爆したと判定されると強電リレー１４をオンして、強電回路１１に高電圧バッテリ１２から電力の供給を開始し、時刻ｔ４からモータジェネレータ２が始動する。モータジェネレータ２の始動によりオイルポンプ７が作動し、第１クラッチ４の作動油圧（ライン圧）が安定すると、第１クラッチ４の締結指令（破線で示すＣＬ１伝達トルク容量）が出され、第１クラッチ４の締結指令により第１クラッチ４の締結（実線で示すＣＬ１伝達トルク容量）が開始される。時刻ｔ５では、第１クラッチ４の締結判定を開始する。第１クラッチ４の締結判定は、例えば、エンジン１の回転数とモータジェネレータ２の回転数との回転数差が所定の回転数差以下（例えば１５０ｒｐｍ以下）となり、モータジェネレータ２の出力トルクが所定値以下（例えば１Ｎｍ以下）となっていれば、第１クラッチ４が締結されたと判定する。時刻ｔ６で第１クラッチ４の締結が完了したと判定されると、エンジン１の出力トルクを増加させ、モータジェネレータ２の出力トルクを減少（負の値）させる。これは、第１クラッチ４の締結により、エンジン１の回転数は第１クラッチ４の締結前よりも低下し、モータジェネレータ２の回転数は第１クラッチ４の締結前よりも高くなっているためである。なお、図４において、エンジン１の回転数及びトルクは、それぞれ太実線で示す回転数及びトルクであり、モータジェネレータ２の回転数及びトルクは、それぞれ細実線で示す回転数及びトルクである。

また、時刻ｔ７は、エンジン１が完爆したと判定された時刻ｔ３から所定時間Ｔ経過した時刻である。第１クラッチ４の作動油圧は、作動油の油温に応じて油圧の立ち上がり方が変化するので、起動要求時の作動油の油温が低くなるほど、この所定時間Ｔは長くなるよう設定される。この所定時間Ｔ内に第１クラッチ４が締結されたと判定されなければ、モータジェネレータ２及びエンジン１を停止し、システムの起動を停止する。

このように、作動油の油温に応じて上記所定時間Ｔを設定することで、可及的速やかに第１クラッチ４の締結判定を行うことができ、ひいては高電圧バッテリ１２の不必要な放電を抑制することができる。

図５は、第１の起動モードを実施した際の制御の流れを示すフローチャートである。Ｓ１では、スタータモータ１６を始動するか否かを判定し、スタータモータ１６を始動する場合にはＳ２へ進む。ステップ２ではエンジン１が完爆したか否かを判定し、完爆したと判定されるとＳ３へ進む。Ｓ３では、第１クラッチ４が締結されたか否かを判定する。第１クラッチ４が締結されたと判定されると、ハイブリッド車両が走行可能状態（ＲｅａｄｙＯＮ）になった判定し（Ｓ４）、今回のルーチンを終了する。第１クラッチ４が締結されていない場合には、Ｓ５へ進み、エンジン１が完爆してから所定時間Ｔ経過しているか否かを判定する。完爆後所定時間Ｔ経過している場合には、故障により第１クラッチ４が締結できない状態（Ｆａｉｌ）と判断し（Ｓ６）、エンジン１およびモータジェネレータ２を停止し、システムの起動を停止する。

１…エンジン
２…モータジェネレータ
３…ベルト式無段変速機
４…第１クラッチ
５…第２クラッチ
１２…高電圧バッテリ
２１…エンジンコントローラ
２２…ＣＶＴコントローラ
２３…モータコントローラ
２６…統合コントローラ
２７…ＣＡＮ通信線

Claims (7)

1. 駆動源としての内燃機関及びモータと、
   上記内燃機関を始動可能なスタータモータと、
   上記モータに電力を供給するバッテリと、
   上記内燃機関と上記モータとの間に介在する第１クラッチと、
   上記モータと変速機との間に介在する第２クラッチと、
   上記モータの回転駆動力により作動し、上記第１クラッチの作動油圧を発生させる油圧ポンプと、を有するハイブリッド車両において、
   上記スタータモータにより上記内燃機関を始動し、該内燃機関の出力トルクを利用して車両を発進させる場合、上記モータの回転駆動力により油圧ポンプを駆動している状態で所定時間内に上記第１クラッチが締結できなければ、上記モータを停止するとともに、上記内燃機関を停止することを特徴とするハイブリッド車両。
2. 運転者のキー操作による車両発進時の起動モードとして、上記内燃機関の出力トルクを用いて発進する第１の起動モードと、上記モータの出力トルクのみを用いて発進する第２の起動モードと、を有することを特徴とする請求項１に記載のハイブリッド車両。
3. 上記所定時間は、上記内燃機関の始動からの経過時間であり、上記第１クラッチの作動油の油温が高くなるほど短くなるように設定されることを特徴とする請求項１または２に記載のハイブリッド車両。
4. 運転者のキー操作による車両発進時に、上記バッテリのバッテリＳＯＣが低い場合、上記スタータモータにより上記内燃機関を始動し、該内燃機関の出力トルクを利用して車両を発進させることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のハイブリッド車両。
5. 運転者のキー操作による車両発進時に、上記バッテリの温度が低い場合、上記スタータモータにより上記内燃機関を始動し、該内燃機関の出力トルクを利用して車両を発進させることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のハイブリッド車両。
6. 上記内燃機関の始動後、上記所定時間の間に上記第１クラッチが締結できない場合に、該第１クラッチを故障と判定することを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載のハイブリッド車両。
7. 上記第１クラッチは、上記油圧ポンプの停止中は解放状態となり、上記油圧ポンプの作動中は締結可能な状態となるよう構成されていることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載のハイブリッド車両。

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