JP2016168875A

JP2016168875A - 車両の制御装置

Info

Publication number: JP2016168875A
Application number: JP2015048444A
Authority: JP
Inventors: 浩幸塚嶋; Hiroyuki Tsukajima
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2015-03-11
Filing date: 2015-03-11
Publication date: 2016-09-23

Abstract

【課題】駆動系を介して駆動源により駆動される第１駆動輪と、電動機により駆動される第２駆動輪とを含む車両において、第１駆動輪の駆動系の大型化や重量増を抑制する。【解決手段】ハイブリッド車両は、ハイブリッドトランスアクスルを介してエンジンおよびモータＭＧ２により駆動される前輪と、モータＭＧ３により駆動される後輪と、パーキング指示がなされると共に車速Ｖが所定車速Ｖｒｅｆ以下である際にパーキングギヤをロックするパーキングロック機構とを含み、ハイブリッドＥＣＵおよびモータＥＣＵは、互いに協働し、ハイブリッド車両の走行中にシフトレバーを介したパーキング指示がなされると共に車速Ｖが上記所定車速Ｖｒｅｆ以下である際に、路面勾配θに応じた向きのトルクを出力するように後輪駆動用のモータを制御する（ステップＳ１００〜Ｓ１６０）。【選択図】図２

Description

本開示の発明は、車両の制御装置に関する。

従来、車両のパーキングロック機構として、所定の間隔をおいて配置されたパーキングポールとカム受けとを有し、パーキングポールとカム受けとの間隙にカムを進出させることにより、パーキングポールをパーキングギヤに向けて回動させてパーキングギヤをロックするものが知られている（例えば、特許文献１参照）。このバーキングロック機構では、カム受けには、重りが設けられており、当該重りにより、カム受けから変速機ケースに伝わる振動が低減される。この種のパーキングロック機構は、一般に、車両の走行中に運転者によりシフトレバーを介してパーキング指示がなされた際に、車速が所定車速以下であれば、パーキングギヤをロックするように構成される。

特開２０１４−１５６２３０号公報

特許文献１に記載されたように、カム受けに重りを設けることで、パーキングギヤとパーキングポールとの衝突の衝撃がカム受けから変速機ケースへと伝達するのを抑制し、変速機ケースから放射されるノイズを減少させることができる。しかしながら、カム受けに重りを設けることにより、上記パーキンロック機構を搭載した車両の重量も増加し、車重が増加すると、走行中にパーキング指示がなされてパーキングギヤがロックされた際に当該パーキングギヤに作用する力が大きくなる。このようにパーキングギヤに作用する力が大きくなると、パーキングギヤが取り付けられる回転軸を含む駆動系の強度を高めたり、当該回転軸を支持するベアリングの容量増加により軸間距離が増加したりすることで駆動系全体の大型化や重量増、更にはコストアップを招いてしまうおそれがある。そして、このような課題は、例えば前輪駆動車両または後輪駆動車両を４輪駆動化するために、当該車両に後輪または前輪を駆動する電動機を追加する場合にも、同様に発生し得る。

そこで、本開示の発明は、駆動系を介して駆動源により駆動される第１駆動輪と、電動機により駆動される第２駆動輪とを含む車両において、第１駆動輪の駆動系の大型化や重量増を抑制することを主目的とする。

本開示の車両の制御装置は、駆動系を介して駆動源により駆動される第１駆動輪と、電動機により駆動される第２駆動輪と、パーキング指示がなされると共に車速が所定車速以下である際に前記駆動系に含まれる回転軸に取り付けられたパーキングギヤをロックするパーキングロック機構とを含む車両の制御装置において、前記車両の走行中に前記パーキング指示がなされると共に車速が前記所定車速以下である際に、路面勾配に応じた向きの駆動力を出力するように前記電動機を制御することを特徴とする。

この制御装置は、パーキング指示がなされると共に車速が所定車速以下である際に第１駆動輪の駆動系に含まれる回転軸をロックするパーキングロック機構と、第２駆動輪を駆動する電動機とを含む車両を制御するものである。そして、この制御装置は、車両の走行中にパーキング指示がなされると共に車速が上記所定車速以下である際に、路面勾配に応じた向きの駆動力を出力するように電動機を制御する。これにより、走行中にパーキング指示がなされてパーキングギヤがロックされる際に、パーキングギヤに作用する力とは逆方向の駆動力を電動機から第２駆動輪に出力し、走行中のパーキングロックに伴ってパーキングギヤに作用する力を低減することができる。この結果、第２駆動輪を駆動する電動機を搭載することで車両の重量が増加しても、第１駆動輪の駆動系の大型化や重量増を抑制することが可能となる。

また、前記制御装置は、前記路面勾配が所定勾配以上である場合、前記車両を前進させる方向の駆動力を出力するように前記電動機を制御し、前記路面勾配が前記所定勾配以上である場合、前記車両を後進させる方向の駆動力を出力するように前記電動機を制御するものであってもよい。更に、前記駆動系は、少なくとも１体の電動機を含むハイブリッドトランスミッションであってもよく、前記車両は、プラグイン式のハイブリッド車両であってもよい。

本開示の制御装置を含むハイブリッド車両の概略構成図である。図１のハイブリッド車両の走行中にパーキング指示がなされた際に実行される処理を説明するためのフローチャートである。登坂路での前進走行中にパーキングギヤがロックされる際にパーキングギヤに作用する力の向きと電動機から出力されるトルクの向きとを示す模式図である。平坦路での前進走行中にパーキングギヤがロックされる際にパーキングギヤに作用する力の向きと電動機から出力されるトルクの向きとを示す模式図である。

以下、図面を参照しながら、本開示の発明を実施するための形態について説明する。

図１は、本開示の制御装置を含むハイブリッド車両２０の概略構成図である。同図に示すハイブリッド車両２０は、ガソリンや軽油といった炭化水素系の燃料と空気との混合気の爆発燃焼により動力を発生するエンジン（内燃機関）２２と、シングルピニオン式のプラネタリギヤ３０と、それぞれ同期発電電動機として構成されたモータＭＧ１，ＭＧ２およびＭＧ３と、パーキングロック機構６０とを含む。

プラネタリギヤ３０は、モータＭＧ１のロータに接続されるサンギヤ３１と、第１駆動軸３５に接続されると共に図示しない変速機または減速機を介してモータＭＧ２のロータに連結されるリングギヤ３２と、複数のピニオンギヤ３３を支持すると共に図示しないダンパを介してエンジン２２のクランクシャフトに連結されるプラネタリキャリヤ３４とを有する。第１駆動軸３５は、図示しないギヤ機構やデファレンシャルギヤ３６を介して第１駆動輪としての前輪Ｆｗｌ，Ｆｗｒに連結される。プラネタリギヤ３０、モータＭＧ１およびＭＧ２、第１駆動軸３５、デファレンシャルギヤ３６、ギヤ機構やトランスアクスルケース等は、前輪Ｆｗｌ，Ｆｗｒの駆動系としてのハイブリッドトランスアクスル２１を構成する。また、モータＭＧ３は、第２駆動軸３７およびデファレンシャルギヤ３８を介して第２駆動輪としての後輪Ｒｗｌ，Ｒｗｒに連結される。

モータＭＧ１は、主に、負荷運転されるエンジン２２からの動力の少なくも一部を用いて電力を生成する発電機として動作し、モータＭＧ２およびＭＧ３は、バッテリ５０およびモータＭＧ１の少なくとも何れかからの電力により駆動されて動力を発生する電動機として動作すると共に、ハイブリッド車両２０の制動時に回生制動力を出力する。モータＭＧ１，ＭＧ２およびＭＧ３は、それぞれインバータ４１，４２または４３を介して相互に電力をやり取りすると共にバッテリ５０と電力をやり取りすることができる。

パーキングロック機構６０は、トランスアクスルケース内に配置され、例えばモータＭＧ２またはＭＧ１のロータに接続される回転軸に取り付けられるパーキングギヤ６１や、パーキングギヤ６１と係合可能なパーキングポール６２に加えて、ディテント機構に連結されるパーキングロッド、パーキングロッドの軸方向に移動可能なカム部材、パーキングポール６２をパーキングギヤ６１に押し付けるようにカム部材を付勢するカムスプリング等（何れも図示省略）を含む。また、パーキングロック機構６０は、ハイブリッド車両２０の走行中に運転者によりシフトレバー８１がパーキングポジション（以下、「Ｐポジション」という。）にセットされた際（パーキング指示がなされた際）に、車速Ｖが所定車速Ｖｒｅｆ（例えば、４〜５ｋｍ／ｈ程度）以下であれば、パーキングギヤ６１がパーキングポール６２によりロックされるように構成される。なお、パーキングロック機構６０は、シフトレバーに機械的に連結されるものであってもよく、アクチュエータにより駆動されるシフトバイワイヤ式のものであってもよい。

更に、ハイブリッド車両２０は、エンジン２２を制御するエンジン電子制御ユニット２５と、モータＭＧ１，ＭＧ２およびＭＧ３を駆動するためのインバータ４１，４２および４３と、リチウムイオン二次電池またはニッケル水素二次電池として構成されると共にインバータ４１，４２および４３に電気的に接続されるバッテリ５０と、インバータ４１，４２および４３を介してモータＭＧ１，ＭＧ２およびＭＧ３を制御するモータ電子制御ユニット４０と、バッテリ５０を管理するバッテリ電子制御ユニット５５と、これらの電子制御ユニット２５，４０および５５等と通信しながら車両全体を制御するハイブリッド電子制御ユニット７０とを含む。電子制御ユニット２５，４０，５５および７０は、いずれも図示しないＣＰＵを中心とするマイクロコンピュータとして構成される。なお、以下、「電子制御ユニット」を「ＥＣＵ」という。

ハイブリッドＥＣＵ７０は、上述のようにＥＣＵ２５，４０および５５等から各種信号を入力すると共に、様々なセンサからの信号を入力する。例えば、ハイブリッドＥＣＵ７０は、スタートスイッチ８０からのシステム起動信号や、シフトポジションセンサ８２により検出されるシフトレバー８１のシフトポジションＳＰ、アクセルペダルポジションセンサ８４により検出されるアクセルペダル８３のアクセル開度（踏み込み量）Ａｃｃ、車速センサ８７により検出される車速Ｖ、前後Ｇセンサ８８により検出される前後Ｇ等を入力する。また、ハイブリッドＥＣＵ７０は、前後Ｇセンサ８８からの前後Ｇに基づいて、ハイブリッド車両２０の走行路の路面勾配θを算出する。なお、ハイブリッドＥＣＵ７０には、路面勾配θを検出する勾配センサが接続されてもよい。

上述のように構成されたハイブリッド車両２０では、ハイブリッドＥＣＵ７０により、前進方向または後進方向への走行に要求される要求トルクＴ＊がアクセル開度Ａｃｃと車速Ｖとに基づいて設定され、ハイブリッドＥＣＵ７０やエンジンＥＣＵ２５、モータＥＣＵ４０により、要求トルクＴ＊に応じたトルクが第１駆動軸３５および第２駆動軸３７の少なくとも何れか一方に出力されるようにエンジン２２とモータＭＧ１〜ＭＧ３とが制御される。

また、本実施形態のハイブリッド車両２０は、家庭用電源といった外部電源１００からの電力によりバッテリ５０を充電可能なプラグイン式のハイブリッド車両として構成されており、電力ラインを介してバッテリ５０に接続された充電器５７を含む。充電器５７は、電源プラグを介して供給される外部電源１００からの交流電力を直流電力に変換するＡＣ／ＤＣコンバータや、ＡＣ／ＤＣコンバータからの直流電力の電圧を変換してバッテリ５０に供給するＤＣ／ＤＣコンバータ等を含み（何れも図示省略）、ハイブリッドＥＣＵ７０により制御される。

ここで、上述のように構成されるハイブリッド車両２０は、前輪駆動車両に後輪を駆動するモータを追加することにより４輪駆動化されたものである。従って、ハイブリッド車両２０の車重は、モータＭＧ３等を搭載する分だけ、ベースとなる前輪駆動車両に比べて増加する。更に、ハイブリッド車両２０では、バッテリ５０を外部電源１００からの電力により充電することができるように構成されており、バッテリ５０として大容量のものが用いられたり、充電器５７等が搭載されたりすることで、ベースとなる前輪駆動車両に比べて更に車重が増加する。

このため、ハイブリッド車両２０の走行中に運転者によりシフトレバー８１がＰポジションにセットされてパーキングギヤ６１がロックされた際、当該パーキングギヤ６１に作用する力は、ベースとなる前輪駆動車両に比べて、少なくとも車重の増加分だけ大きくなる。従って、ハイブリッド車両２０では、前輪Ｆｗｌ，Ｆｗｒを駆動するハイブリッドトランスアクスル２１（駆動系）の強度を高めたり、パーキングギヤ６１が取り付けられる回転軸を支持するベアリングの容量を増加させたりする必要が生じるが、それでは、駆動系全体の大型化や重量増、更には車両全体のコストアップを招いてしまうおそれがある。これを踏まえて、ハイブリッド車両２０では、走行中にシフトレバー８１がＰポジションにセットされた際に、ハイブリッドＥＣＵ７０により図２に示すような処理が実行される。

図２に示すように、ハイブリッド車両２０の走行中、ハイブリッドＥＣＵ７０（ＣＰＵ）は、予め定められた時間おきに、シフトポジションセンサ８２からのシフトポジションＳＰや、車速センサ８７からの車速Ｖ、前後Ｇセンサ８８により検出された前後Ｇに基づいて算出された路面勾配θといったデータを入力する（ステップＳ１００）。次いで、ハイブリッドＥＣＵ７０は、ステップＳ１００にて入力したシフトポジションＳＰがＰポジションであるか否かを判定し（ステップＳ１１０）、シフトポジションＳＰがＰポジション以外であれば、ステップＳ１２０以降の処理を実行することなく、図２のルーチンを終了させる。

また、ステップＳ１１０にてシフトポジションＳＰがＰポジションであると判定した場合、ハイブリッドＥＣＵ７０は、ステップＳ１００にて入力した車速Ｖが値０よりも高くかつ上記所定車速Ｖｒｅｆ以下であるか否かを判定する（ステップＳ１２０）。ハイブリッド車両２０の走行中にシフトレバー８１がセットされても、車速Ｖが所定車速Ｖｒｅｆよりも高い場合には、パーキングポール６２によってパーキングギヤ６１がロックされることはない。従って、ステップＳ１２０にて車速Ｖが所定車速Ｖｒｅｆよりも高いと判定した場合、ハイブリッドＥＣＵ７０は、ステップＳ１３０以降の処理を実行することなく、図２のルーチンを終了させる。

これに対して、ステップＳ１２０にてハイブリッド車両２０が所定車速Ｖｒｅｆ以下で走行していると判定した場合、ハイブリッドＥＣＵ７０は、ステップＳ１００にて入力した路面勾配θが所定勾配θｒｅｆ以上であるか否かを判定する（ステップＳ１３０）。所定勾配θｒｅｆは、例えば、１０°〜２０°程度の登り勾配を示す値として予め定められる。ステップＳ１３０にて路面勾配θが所定勾配θｒｅｆ以上であると判定した場合、ハイブリッドＥＣＵ７０は、予め定められたハイブリッド車両２０を前進方向に走行させる方向のトルクＴ３ｆをモータＭＧ３に対するトルク指令Ｔｍ３＊に設定する（ステップＳ１４０）。また、ステップＳ１３０にて路面勾配θが所定勾配θｒｅｆ未満であると判定した場合、ハイブリッドＥＣＵ７０は、予め定められたハイブリッド車両２０を後進方向に走行させる方向のトルクＴ３ｒをモータＭＧ３に対するトルク指令Ｔｍ３＊に設定する（ステップＳ１５０）。

図３に示すように、路面勾配θが所定勾配θｒｅｆ以上である登坂路をハイブリッド車両２０が上記所定車速Ｖｒｅｆ以下の車速Ｖで前進走行している最中にパーキングギヤ６１がロックされた際には、ハイブリッド車両２０を前進させるトルクが無くなることで、当該ハイブリッド車両２０に自重による後進方向の力（図３における破線矢印参照）が作用する。従って、ハイブリッド車両２０の登坂走行中にロックされたパーキングギヤ６１には、図３において一点鎖線で示すように、ハイブリッド車両２０を後進させる方向の力（トルク）がパーキングポール６２から加えられる。これを踏まえて、ステップＳ１４０にてトルク指令Ｔｍ３＊に設定されるトルクＴ３ｆは、ハイブリッド車両２０の登坂走行中にロックされたパーキングギヤ６１に作用する力のうち、ベースとなる前輪駆動車両に対するハイブリッド車両２０の車重の増加分による力を打ち消すハイブリッド車両２０を前進させる方向のトルクとして定められる。

また、図４に示すように、路面勾配θが所定勾配θｒｅｆ未満である走行路（例えば平坦路）をハイブリッド車両２０が上記所定車速Ｖｒｅｆ以下の車速Ｖで前進走行している最中にパーキングギヤ６１がロックされた際には、ハイブリッド車両２０に自重（慣性）による前進方向の力（図４における破線矢印参照）が作用する。従って、比較的平坦な走行路の走行中にロックされたパーキングギヤ６１には、図４において一点鎖線で示すように、ハイブリッド車両２０を前進させる方向の力（トルク）がパーキングポール６２から加えられる。これを踏まえて、ステップＳ１５０にてトルク指令Ｔｍ３＊に設定されるトルクＴ３ｒは、比較的平坦な走行路の走行中にロックされたパーキングギヤ６１に作用する力のうち、ベースとなる前輪駆動車両に対するハイブリッド車両２０の車重の増加分による力を打ち消すハイブリッド車両２０を後進させる方向のトルクとして定められる。

ステップＳ１４０またはＳ１５０にてトルク指令Ｔｍ３＊を設定した後、ハイブリッドＥＣＵ７０は、トルク指令Ｔｍ３＊をモータＥＣＵ４０に送信し（ステップＳ１６０）、図２のルーチンを終了させる。ハイブリッドＥＣＵ７０からトルク指令Ｔｍ３＊を受信したモータＥＣＵ４０は、当該トルク指令Ｔｍ３＊により示されるトルクＴ３ｆまたはＴ３ｒを所定時間（例えば、０．３〜１秒程度）にわたって出力するようにモータＭＧ３を制御する。これにより、ハイブリッド車両２０の走行中に運転者によりシフトレバー８１がＰポジションにセットされてパーキングギヤ６１がロックされる際に、当該パーキングギヤ６１に作用する力とは逆方向のトルクをモータＭＧ３から後輪Ｒｗｌ，Ｒｗｒに出力し、走行中のパーキングロックに伴ってパーキングギヤ６１に作用する力を低減することが可能となる。

この結果、後輪Ｒｗｌ，Ｒｗｒを駆動するモータＭＧ３の追加による４輪駆動化やプラグイン化によりハイブリッド車両２０の重量が増加しても、前輪Ｆｗｌ，Ｆｗｒを駆動するハイブリッドトランスアクスル２１（駆動系）の強度を高めたり、パーキングギヤ６１が取り付けられる回転軸を支持するベアリングの容量を増加させたりする必要がなくなる。従って、ハイブリッド車両２０では、前輪Ｆｗｌ，Ｆｗｒの駆動系であるハイブリッドトランスアクスル２１の大型化や重量増を抑制すると共に、当該ハイブリッドトランスアクスル２１として、ベースとなる前輪駆動車両に搭載されるものと基本設計を共通にするものを採用することが可能となり、開発コスト等の上昇を抑えることができる。

以上説明したように、ハイブリッド車両２０は、ハイブリッドトランスアクスル２１を介してエンジン２２およびモータＭＧ２により駆動される前輪Ｆｗｌ，Ｆｗｒと、モータＭＧ３により駆動される後輪Ｒｗｌ，Ｒｗｒと、パーキング指示がなされると共に車速Ｖが所定車速Ｖｒｅｆ以下である際にハイブリッドトランスアクスル２１に含まれる回転軸に取り付けられたパーキングギヤ６１をロックするパーキングロック機構６０とを含む。そして、ハイブリッド車両２０のハイブリッドＥＣＵ７０およびモータＥＣＵ４０は、互いに協働し、当該ハイブリッド車両２０の走行中にシフトレバー８１を介したパーキング指示がなされると共に車速Ｖが上記所定車速Ｖｒｅｆ以下である際に、路面勾配θに応じた向きのトルクを出力するようにモータＭＧ３を制御する（ステップＳ１００〜Ｓ１６０）。

これにより、走行中にパーキング指示がなされてパーキングギヤ６１がロックされる際に、当該パーキングギヤ６１に作用する力とは逆方向のトルクをモータＭＧ３から後輪Ｒｗｌ，Ｒｗｒに出力し、走行中のパーキングロックに伴ってパーキングギヤ６１に作用する力を低減することができる。この結果、後輪Ｒｗｌ，Ｒｗｒを駆動するモータＭＧ３を搭載することでハイブリッド車両２０の重量が増加しても、前輪Ｆｗｌ，Ｆｗｒの駆動系であるハイブリッドトランスアクスル２１の大型化や重量増を抑制し、ハイブリッド車両２０のコストアップを抑えることが可能となる。

なお、ハイブリッド車両２０は、ハイブリッドトランスミッションを有する後輪駆動車両に対して前輪を駆動するモータを追加することにより４輪駆動化されたものであってもよい。また、ハイブリッドトランスアクスル２１は、プラネタリギヤ３０と２体のモータＭＧ１，ＭＧ２とを含むものに限られず、１モータ式のハイブリッドトランスアクスルとして構成されてもよく、プラネタリギヤ以外のギヤ機構と２体のモータとを含むものであってもよい。更に、ハイブリッド車両２０は、エンジン２２からの動力を前輪Ｆｗｌ，Ｆｗｒに伝達するモータを含まないトランスアクスルを搭載するものであってもよい。

また、ハイブリッド車両２０は、必ずしもプラグイン式のハイブリッド車両として構成される必要はない。加えて、ハイブリッド車両２０は、エンジン２２からの動力のすべてを用いて発電可能な第１のモータと、バッテリおよび第１のモータの少なくとも何れかからの電力により駆動されて第１駆動軸３５または第２駆動軸３７に動力を出力する第２のモータと、バッテリおよび第１のモータの少なくとも何れかからの電力により駆動されて第２駆動軸３７または第１駆動軸３５に動力を出力する第３のモータとを含むように構成されてもよい。

以上、本開示の発明の実施形態について説明したが、本開示の発明は上記実施形態に何ら限定されるものではなく、本開示の外延の範囲内において様々な変更をなし得ることはいうまでもない。また、上記発明を実施するための形態は、あくまで発明の概要の欄に記載された発明の具体的な一形態に過ぎず、発明の概要の欄に記載された発明の要素を限定するものではない。

本開示の発明は、車両の製造産業等において利用可能である。

２０ハイブリッド車両、２１ハイブリッドトランスアクスル、２２エンジン、２５エンジン電子制御ユニット、３０プラネタリギヤ、３１サンギヤ、３２リングギヤ、３３ピニオンギヤ、３４プラネタリキャリヤ、３５第１駆動軸、３６，３８デファレンシャルギヤ、３７第２駆動軸、４０モータ電子制御ユニット、４１，４２，４３インバータ、５０バッテリ、５５バッテリ電子制御ユニット、５７充電器、６０パーキングロック機構、６１パーキングギヤ、６２パーキングポール、７０ハイブリッド電子制御ユニット、８０スタートスイッチ、８１シフトレバー、８２シフトポジションセンサ、８３アクセルペダル、８４アクセルペダルポジションセンサ、８７車速センサ、８８前後Ｇセンサ、１００外部電源、Ｆｗｌ，Ｆｗｒ前輪、Ｒｗｌ，Ｒｗｒ後輪、ＭＧ１，ＭＧ２，ＭＧ３モータ。

Claims

駆動系を介して駆動源により駆動される第１駆動輪と、電動機により駆動される第２駆動輪と、パーキング指示がなされると共に車速が所定車速以下である際に前記駆動系に含まれる回転軸に取り付けられたパーキングギヤをロックするパーキングロック機構とを含む車両の制御装置において、
前記車両の走行中に前記パーキング指示がなされると共に車速が前記所定車速以下である際に、路面勾配に応じた向きの駆動力を出力するように前記電動機を制御することを特徴とする車両の制御装置。