JP2016013732A - ハイブリッド車両におけるエンジン始動制御装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】EV走行状態での減速中にエンジンを始動したときに、エンジンをストールさせることなく適正なエンジンブレーキを作動させる。【解決手段】エンジンを停止させてモータ・ジェネレータMGによる走行中に運転者の減速意思が検出されたとき、クラッチを係合してエンジンを始動した後に該クラッチを係合解除する。このとき、駆動輪から逆伝達される駆動力による入力軸基準回転数に対して始動後のエンジン回転数が低い場合には、エンジン回転数を基準回転数よりも低い目標回転数に向けて上昇させ、エンジン回転数が目標回転数に達したときにエンジンの出力を低下させると共にクラッチを再係合するので、始動後のエンジン回転数が低すぎてエンジンブレーキの作動開始によりエンジンがストールするのをエンジン回転数の上昇により回避しつつ、クラッチを早期に再係合して充分なエンジンブレーキを作動させ、運転者が期待する減速感を発生させることができる。【選択図】図2

Description

本発明は、トランスミッションの入力軸にエンジンの駆動力がクラッチを介して伝達されるとともに、前記入力軸にモータ・ジェネレータの駆動力が伝達されるハイブリッド車両におけるエンジン始動制御装置に関する。
エンジンおよびモータ・ジェネレータをツインクラッチ式のトランスミッションの入力軸に接続したハイブリッド車両において、モータ・ジェネレータの駆動力のみで走行するEV走行状態で減速しながらエンジンを始動する場合に、入力軸およびエンジン間に設けたクラッチの係合度合いを変化させながら、入力軸から逆伝達される駆動力でエンジンをクランキングして始動するものが、下記特許文献1により公知である。
特許第5474980号公報
ところで、例えばEV走行状態でDレンジ(ドライブレンジ)からLレンジ(1速固定レンジ)に切り換えたような場合、エンジンを始動するとともにエンジンブレーキを作動させて充分な減速度を発生させる必要があるが、エンジン始動後に一旦係合解除したクラッチを再係合してエンジンブレーキを作動させるとき、エンジン回転数が低すぎるとストールが発生する可能性があり、逆にエンジン回転数が高すぎると充分なエンジンブレーキが作動せず、減速感を期待している運転者に違和感を与える可能性がある。またエンジン始動時の変速段と走行時の変速段とが異なる場合(例えば、6速変速段でエンジンを始動して3速変速段で走行する場合)にも、エンジン始動後に変速を行うためにクラッチを一旦係合解除してから再係合する必要がある。
本発明は前述の事情に鑑みてなされたもので、EV走行状態での減速中にエンジンを始動したときに、エンジンをストールさせることなく適正なエンジンブレーキを作動させることを目的とする。
上記目的を達成するために、請求項1に記載された発明によれば、トランスミッションの入力軸にエンジンの駆動力がクラッチを介して伝達されるとともに、前記入力軸にモータ・ジェネレータの駆動力が伝達されるハイブリッド車両において、前記エンジンを停止させて前記モータ・ジェネレータによる走行中に運転者の減速意思が検出されたとき、前記クラッチを係合して前記エンジンを始動した後に該クラッチを係合解除し、駆動輪から逆伝達される駆動力による入力軸回転数である基準回転数に対して始動後のエンジン回転数が低い場合には、エンジン回転数を前記基準回転数よりも低い目標回転数に向けて上昇させ、エンジン回転数が前記目標回転数に達したときに前記エンジンの出力を低下させるとともに前記クラッチを再係合することを特徴とするハイブリッド車両におけるエンジン始動制御装置が提案される。
また請求項2に記載された発明によれば、請求項1の構成に加えて、前記運転者の減速意思が検出されたときの車速が大きいほど、前記基準回転数に対する前記目標回転数の差分を大きく設定することを特徴とするハイブリッド車両におけるエンジン始動制御装置が提案される。
また請求項3に記載された発明によれば、請求項1または請求項2の構成に加えて、前記運転者の減速意思が検出されるのは、走行レンジを低速側に変更したとき、変速段を低速側に変更したとき、スポーツ志向スイッチをオンしたとき、経済性重視スイッチをオフしたときの何れかであることを特徴とするハイブリッド車両におけるエンジン始動制御装置が提案される。
尚、実施の形態の第1クラッチC1は本発明のクラッチに対応し、実施の形態の第1入力軸11は本発明の入力軸に対応する。
請求項1の構成によれば、ハイブリッド車両は、トランスミッションの入力軸にエンジンの駆動力がクラッチを介して伝達されるとともに、入力軸にモータ・ジェネレータの駆動力が伝達される。エンジンを停止させてモータ・ジェネレータによる走行中に運転者の減速意思が検出されたとき、クラッチを係合してエンジンを始動した後に該クラッチを係合解除する。このとき、駆動輪から逆伝達される駆動力による入力軸回転数である基準回転数に対して始動後のエンジン回転数が低い場合には、エンジン回転数を基準回転数よりも低い目標回転数に向けて上昇させ、エンジン回転数が目標回転数に達したときにエンジンの出力を低下させるとともにクラッチを再係合するので、始動後のエンジン回転数が低すぎてエンジンブレーキの作動開始によりエンジンがストールするのをエンジン回転数の上昇により回避しながら、あるいはエンジン始動時の変速段から走行時の変速段への変速を実行しながら、クラッチを早期に再係合して充分なエンジンブレーキを作動させ、運転者が期待する減速感を発生させることができる。
また請求項2の構成によれば、運転者の減速意思が検出されたときの車速が大きいほど、基準回転数に対する目標回転数の差分を大きく設定するので、高車速時ほどエンジンブレーキを早期に作動させて充分な減速感を発生させることができる。
また請求項3の構成によれば、運転者の減速意思が検出されるのは、走行レンジを低速側に変更したとき、変速段を低速側に変更したとき、スポーツ志向スイッチをオンしたとき、経済性重視スイッチをオフしたときの何れかであるので、運転者の減速意思を的確に検出して車両のドライバビリティを向上させることができる。
ツインクラッチ式のトランスミッションのスケルトン図。 減速中のエンジン始動時のタイムチャート。 始動後の目標回転数を設定する手順を示すフローチャート。 車速から目標回転数を検索するマップを示す図。
以下、図1〜図4に基づいて本発明の実施の形態を説明する。
図1に示すように、エンジンEおよびモータ・ジェネレータMGを駆動源とするツインクラッチ式のトランスミッションTは、相互に平行に配置された第1入力軸11、第2入力軸12、出力軸13、アイドル軸14およびリバース軸15を備える。摩擦クラッチよりなる第1クラッチC1および第2クラッチC2が第1入力軸11の軸線上にタンデムに配置されており、第1クラッチC1を係合するとエンジンEのクランクシャフト16が第1入力軸11に結合され、第2クラッチC2を係合すると第1入力軸11に相対回転自在に支持したアイドル駆動ギヤ17がクランクシャフト16に結合される。アイドル駆動ギヤ17はアイドル軸14に固設した第1アイドル従動ギヤ18に噛合し、第1アイドル従動ギヤ18は第2入力軸12に固設した第2アイドル従動ギヤ19に噛合する。よって第1クラッチC1の係合によりエンジンEの駆動力が第1入力軸11に伝達され、第2クラッチC2の係合によりエンジンEの駆動力がアイドル駆動ギヤ17、第1アイドル従動ギヤ18および第2アイドル従動ギヤ19を介して第2入力軸12に伝達される。
第1入力軸11には3速駆動ギヤ20および5速駆動ギヤ21が相対回転自在に支持されており、3速駆動ギヤ20および5速駆動ギヤ21は3速−5速シンクロ装置S1を介して第1入力軸11に選択的に結合可能である。第2入力軸12には2速駆動ギヤ22および4速駆動ギヤ23が相対回転自在に支持されており、2速駆動ギヤ22および4速駆動ギヤ23は2速−4速シンクロ装置S2を介して第2入力軸12に選択的に結合可能である。出力軸13には2速−3速従動ギヤ24および4速−5速従動ギヤ25が固設されており、2速−3速従動ギヤ24は2速駆動ギヤ22および3速駆動ギヤ20に噛合し、4速−5速従動ギヤ25は4速駆動ギヤ23および5速駆動ギヤ21に噛合する。出力軸13にはファイナル駆動ギヤ26が固設されており、ファイナル駆動ギヤ26は図示せぬディファレンシャルギヤを介して駆動輪に接続される。
第1入力軸11のエンジンEと反対側の軸端にモータ・ジェネレータMGおよび遊星歯車機構Pが接続される。遊星歯車機構Pは、第1入力軸11に固設されたサンギヤ27と、第1入力軸11に相対回転自在に支持されて3速駆動ギヤ20に接続されたキャリヤ28と、第1入力軸11の外周に相対回転自在に配置されたリングギヤ29と、キャリヤ28に回転自在に支持されてサンギヤ27およびリングギヤ29に噛合する複数のピニオン30…とを備え、リングギヤ29はドグクラッチ31を介してケーシング32に結合可能である。モータ・ジェネレータMGはステータ33およびロータ34を備え、ロータ34が第1入力軸11に接続される。
リバース軸15に固設された第3アイドル従動ギヤ35は第1アイドル従動ギヤ18に噛合し、リバース軸15に相対回転自在に支持されてリバースシンクロ装置S3で該リバース軸15に結合可能なリバース駆動ギヤ36は、第1入力軸11に固設したリバース従動ギヤ37に噛合する。
上記構造の骨格を備えたトランスミッションTは1速変速段〜5速変速段およびリバース変速段を確立可能であり、以下に各変速段のトルクフローを説明する。
<1速変速段>
ドグクラッチ31で遊星歯車機構Pのリングギヤ29をケーシング32に結合した状態で第1クラッチC1を係合すると、エンジンEの駆動力はクランクシャフト16→第1クラッチC1→第1入力軸11→サンギヤ27→キャリヤ28→3速駆動ギヤ20→2速−3速従動ギヤ24→出力軸13の経路でファイナル駆動ギヤ26に伝達され、1速変速段が確立する。このとき、第1入力軸11の回転は遊星歯車機構Pで減速されて3速駆動ギヤ20に伝達されるため、3速駆動ギヤ20を用いながら、3速変速段よりも高レシオの1速変速段を確立することができる。
この状態でモータ・ジェネレータMGを駆動すると、モータ・ジェネレータMGの駆動力は遊星歯車機構Pのサンギヤ27に入力されるため、エンジンEの駆動力をモータ・ジェネレータMGの駆動力でアシストして走行するHEV(Hybrid Electric Vehicle )走行が可能になり、第1クラッチC1を係合解除した状態でモータ・ジェネレータMGを駆動すれば、モータ・ジェネレータMGの駆動力だけで走行するEV(Electric Vehicle)走行が可能になる。
またEV走行中に第1クラッチC1を係合すれば、駆動輪あるいはモータ・ジェネレータMGから逆伝達される駆動力でクランクシャフト16をクランキングしてエンジンEを始動することができる。
<2速変速段>
2速−4速シンクロ装置S2で2速駆動ギヤ22を第2入力軸12に結合した状態で第2クラッチC2を係合すると、エンジンEの駆動力はクランクシャフト16→第2クラッチC2→アイドル駆動ギヤ17→第1アイドル従動ギヤ18→第2アイドル従動ギヤ19→第2入力軸12→2速−4速シンクロ装置S2→2速駆動ギヤ22→2速−3速従動ギヤ24→出力軸13の経路でファイナル駆動ギヤ26に伝達され、2速変速段が確立する。
2速変速段の確立中に、3速−5速シンクロ装置S1で3速駆動ギヤ20を第1入力軸11に結合するか、あるいはドグクラッチ31で遊星歯車機構Pのリングギヤ29をケーシング32に結合した状態でモータ・ジェネレータMGを駆動すると、モータ・ジェネレータMGの駆動力が3速駆動ギヤ20および2速−3速従動ギヤ24を介して出力軸13に伝達されるため、エンジンEの駆動力をモータ・ジェネレータMGの駆動力でアシストするHEV走行が可能になる。
<3速変速段>
3速−5速シンクロ装置S1で3速駆動ギヤ20を第1入力軸11に結合した状態で第1クラッチC1を係合すると、エンジンEの駆動力はクランクシャフト16→第1クラッチC1→第1入力軸11→3速−5速シンクロ装置S1→3速駆動ギヤ20→2速−3速従動ギヤ24→出力軸13の経路でファイナル駆動ギヤ26に伝達され、3速変速段が確立する。
このとき、モータ・ジェネレータMGを駆動すると、その駆動力は第1入力軸11に伝達されるため、エンジンEの駆動力をモータ・ジェネレータMGの駆動力でアシストするHEV走行が可能になり、第1クラッチC1を係合解除した状態でモータ・ジェネレータMGを駆動すれば、モータ・ジェネレータMGの駆動力だけで走行するEV走行が可能になる。
またEV走行中に第1クラッチC1を係合すれば、駆動輪あるいはモータ・ジェネレータMGから逆伝達される駆動力でクランクシャフト16をクランキングしてエンジンEを始動することができる。
<4速変速段>
2速−4速シンクロ装置S2で4速駆動ギヤ23を第2入力軸12に結合した状態で第2クラッチC2を係合すると、エンジンEの駆動力はクランクシャフト16→第2クラッチC2→アイドル駆動ギヤ17→第1アイドル従動ギヤ18→第2アイドル従動ギヤ19→第2入力軸12→2速−4速シンクロ装置S2→4速駆動ギヤ23→4速−5速従動ギヤ25→出力軸13の経路でファイナル駆動ギヤ26に伝達され、4速変速段が確立する。
4速変速段の確立中に、3速−5速シンクロ装置S1で3速駆動ギヤ20を第1入力軸11に結合するか、あるいはドグクラッチ31で遊星歯車機構Pのリングギヤ29をケーシング32に結合した状態でモータ・ジェネレータMGを駆動すると、モータ・ジェネレータMGの駆動力が3速駆動ギヤ20および2速−3速従動ギヤ24を介して出力軸13に伝達されるため、エンジンEの駆動力をモータ・ジェネレータMGの駆動力でアシストするHEV走行が可能になる。
<5速変速段>
3速−5速シンクロ装置S1で5速駆動ギヤ21を第1入力軸11に結合した状態で第1クラッチC1を係合すると、エンジンEの駆動力はクランクシャフト16→第1クラッチC1→第1入力軸11→3速−5速シンクロ装置S1→5速駆動ギヤ21→4速−5速従動ギヤ25→出力軸13の経路でファイナル駆動ギヤ26に伝達され、5速変速段が確立する。
このとき、モータ・ジェネレータMGを駆動すると、その駆動力は第1入力軸11に伝達されるため、エンジンEの駆動力をモータ・ジェネレータMGの駆動力でアシストするHEV走行が可能になり、第1クラッチC1を係合解除した状態でモータ・ジェネレータMGを駆動すれば、モータ・ジェネレータMGの駆動力だけで走行するEV走行が可能になる。
またEV走行中に第1クラッチC1を係合すれば、駆動輪あるいはモータ・ジェネレータMGから逆伝達される駆動力でクランクシャフト16をクランキングしてエンジンEを始動することができる。
<リバース変速段>
リバースシンクロ装置S3でリバース駆動ギヤ36をリバース軸15に結合し、ドグクラッチ31で遊星歯車機構Pのリングギヤ29をケーシング32に結合した状態で第2クラッチC2を係合すると、エンジンEの駆動力はクランクシャフト16→第2クラッチC2→アイドル駆動ギヤ17→第1アイドル従動ギヤ18→第3アイドル従動ギヤ35→リバース軸15→リバースシンクロ装置S3→リバース駆動ギヤ36→リバース従動ギヤ37の経路で第1入力軸11に逆回転となって伝達され、第1入力軸11からサンギヤ27→キャリヤ28→3速駆動ギヤ20→2速−3速従動ギヤ24→出力軸13の経路でファイナル駆動ギヤ26に伝達され、リバース変速段が確立する。
ところで、車両がEV走行しているときに、運転者がアクセルペダルを離して車両を減速させながらDレンジ(ドライブレンジ)からLレンジ(1速固定レンジ)に切り換えたような場合、エンジン走行による大きな加速力を得るためにエンジンEを始動するとともに、シフトダウンした場合と同様の減速度をエンジンブレーキにより発生させてLレンジによる強い加速が可能になったことを運転者に実感させる必要がある。
本実施の形態のトランスミッションTが1速変速段、3速変速段あるいは5速変速段を確立してEV走行しているとき、車両の減速中に第1クラッチC1を係合すると、出力軸13からの駆動力が係合した第1クラッチC1を介してエンジンEに逆伝達され、この逆伝達された駆動力でエンジンEをクランキングして始動することができる。このとき、モータ・ジェネレータMGを一時的に駆動してクランキングトルクに対応するトルクをエンジンEに伝達することで、ショックを発生することなくエンジンEをスムーズに始動することができる。
このようにしてエンジンEが始動された後、一旦係合解除した第1クラッチC1を再係合すると、出力軸13からエンジンEに駆動力が逆伝達されることでエンジンブレーキが作動する。このとき、本実施の形態では、エンジン回転数を一時的に上昇制御するとともに、第1クラッチC1を所定のタイミングで再係合することで、エンジンEをストールさせることなく適正なエンジンブレーキを早期に作動させ、運転者が期待する減速感を発生させることができる。
以下、その制御の一例を図2のタイムチャートに基づいて説明する。
トランスミッションTが奇数変速段である3速変速段を確立した状態でEV走行しているときにアクセルペダルが戻されると、モータ・ジェネレータMGは出力軸13から逆伝達される駆動力で回生制動される。時刻t1にシフトレンジがDレンジからLレンジに切り替えられることで運転者の減速意思が検出されると、第1クラッチC1を一時的に係合するとともにモータ・ジェネレータMGを駆動力を一時的に増加(回生制動力を減少)し、駆動輪およびモータ・ジェネレータMGから係合した第1クラッチC1を介して逆伝達されるトルク(クラッチ伝達トルク)でエンジンEをクランキングして始動する。
時刻t2にエンジンEが完爆して始動が完了すると、第1クラッチC1を一旦係合解除して第1入力軸11からエンジンEを切り離す。このとき、出力軸13から逆伝達される駆動力で回転する第1入力軸11の回転数である基準回転数よりもエンジン回転数が低ければ、エンジン回転数を目標回転数に向けて増加させる。この目標回転数は、予め決められたオフセット分ΔNeだけ前記基準回転数よりも小さく設定されている。
エンジン回転数が増加し、時刻t3に目標回転数に達すると、エンジンEの出力トルクを低減すると同時に、第1クラッチC1を滑らせながら係合を開始する。その後に第1クラッチC1の係合力を次第に高めることで、エンジンEに伝達するクラッチトルクが増加してエンジンブレーキの制動力が増加し始める。
時刻t4にエンジン回転数が基準回転数に一致した後はエンジン回転数が基準回転数に一致するように制御し、エンジントルクを小さく抑えることでエンジンブレーキを作動させる。その間、第1クラッチC1の係合力を次第に高めてエンジンブレーキの制動力を次第に増加させるとともに、モータ・ジェネレータMGの回生制動力を次第に減少させ、回生制動からエンジンブレーキに移行させる。
時刻t5に運転者がアクセルペダルを踏み込むと、エンジントルクが増加し、時刻t6に第1クラッチC1が完全に係合してEV走行状態からエンジン走行状態に移行する。
以上のように、本実施の形態によれば、エンジンEを停止させてモータ・ジェネレータMGの駆動力によるEV走行中に運転者の減速意思が検出されたとき、第1クラッチC1を一時的に係合してエンジンEを始動した後に該第1クラッチC1を係合解除する。このとき、出力軸13から逆伝達される駆動力による第1入力軸11の回転数である基準回転数に対して始動後のエンジン回転数が低い場合には、エンジン回転数を基準回転数よりも低い目標回転数に向けて上昇させ、エンジン回転数が目標回転数に達したときにエンジンの出力を低下させるとともに第1クラッチC1を再係合するので、エンジン回転数が基準回転数に達したときに第1クラッチC1を再係合する場合に比べて第1クラッチC1の係合タイミングを早め、始動後のエンジン回転数が低すぎてエンジンブレーキの作動開始によりエンジンEがストールするのをエンジン回転数の上昇により回避しながら、第1クラッチC1の早期の係合により充分なエンジンブレーキを作動させ、運転者が期待する減速感を発生させることができる。
図3のフローチャートは、目標回転数の設定の手順を示すもので、ステップS11で車両がEV走行中であり、ステップS12でエンジンEの始動要求があるとき、ステップS13で車両が減速中でなければ、ステップS14で出力軸13により駆動される第1入力軸11の回転数(基準回転数)をそのまま目標回転数とする。一方、前記ステップS13で車両が減速中であれば、ステップS15で出力軸13により駆動される第1入力軸11の回転数(基準回転数)からオフセット分ΔNeを減算した値を目標回転数とする。
図4に示すように、基準回転数に対する目標回転数の差分であるオフセット分ΔNeは、運転者の減速意思が確認されたときの車速Vをパラメータとしてマップ検索されるもので、車速Vの増加に応じてオフセット分ΔNeが増加するように設定されている。従って、高車速から減速するために強いエンジンブレーキが必要な場合には、オフセット分ΔNeが増加することで目標回転数が低くなるため、エンジン回転数が目標回転数を早期に上回って第1クラッチC1が係合するタイミングが早められ、エンジンブレーキを早期に作動させて充分な減速度を得ることができる。
以上、本発明の実施の形態を説明したが、本発明はその要旨を逸脱しない範囲で種々の設計変更を行うことが可能である。
例えば、実施の形態ではDレンジからLレンジへの切り替え時にエンジンEの始動およびエンジンブレーキの作動を実行しているが、それ以外に、ステアリングホイールに設けられたパドルスイッチ等を操作して変速段を低速側にシフトダウンした場合や、スポーツ志向スイッチをオンしてスポーツモードに切り替えた場合や、経済性重視スイッチをオフしてエコノミーモードをキャンセルした場合に同様の制御を行っても良い。
11 第1入力軸(入力軸)
C1 第1クラッチ(クラッチ)
E エンジン
MG モータ・ジェネレータ
T トランスミッション

Claims (3)

  1. トランスミッション(T)の入力軸(11)にエンジン(E)の駆動力がクラッチ(C1)を介して伝達されるとともに前記入力軸(11)にモータ・ジェネレータ(MG)の駆動力が伝達されるハイブリッド車両において、
    前記エンジン(E)を停止させて前記モータ・ジェネレータ(MG)による走行中に運転者の減速意思が検出されたとき、前記クラッチ(C1)を係合して前記エンジン(E)を始動した後に該クラッチ(C1)を係合解除し、
    駆動輪から逆伝達される駆動力による入力軸回転数である基準回転数に対して始動後のエンジン回転数が低い場合には、エンジン回転数を前記基準回転数よりも低い目標回転数に向けて上昇させ、エンジン回転数が前記目標回転数に達したときに前記エンジン(E)の出力を低下させるとともに前記クラッチ(C1)を再係合することを特徴とするハイブリッド車両におけるエンジン始動制御装置。
  2. 前記運転者の減速意思が検出されたときの車速が大きいほど、前記基準回転数に対する前記目標回転数の差分を大きく設定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におけるエンジン始動制御装置。
  3. 前記運転者の減速意思が検出されるのは、走行レンジを低速側に変更したとき、変速段を低速側に変更したとき、スポーツ志向スイッチをオンしたとき、経済性重視スイッチをオフしたときの何れかであることを特徴とする、請求項1または請求項2に記載のハイブリッド車両におけるエンジン始動制御装置。
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