JP2017137033A - ハイブリッド車両の発進加速時制御システム、ハイブリッド車両及びハイブリッド車両の発進加速時制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ハイブリッド車両の発進加速時に、排気ガス性能及び燃費の悪化を防止しつつ、ハイブリッド車両に発生するサージ挙動を迅速かつ確実に抑制することができるハイブリッド車両の発進加速時制御システム、ハイブリッド車両及びハイブリッド車両の発進加速時制御方法を提供する。
【解決手段】ハイブリッド車両の発進加速時に、ハイブリッド車両に発生するサージ挙動トルクとは逆位相のトルクで、サージ挙動トルクを抑制するためのトルクであるサージ挙動抑制トルクΔＴを、車速、エンジン回転数、エンジンに接続するトランスミッションのギヤ段、及びアクセル開度に基づいて推定算出するとともに、この推定算出したサージ挙動抑制トルクΔＴをモータージェネレーターにより発生させる制御を行う
【選択図】図２

Description

本発明は、車両走行用の動力源であるエンジン及びモータージェネレーターと、制御装置と、を有するハイブリッドシステムを備えたハイブリッド車両の発進加速時制御システム、ハイブリッド車両及びハイブリッド車両の発進加速時制御方法に関し、更に詳しくは、車両発進加速時に生じるサスペンションやダンパー系による振動を抑制できるハイブリッド車両の発進加速時制御システム、ハイブリッド車両及びハイブリッド車両の発進加速時制御方法に関する。

近年、燃費向上及び環境対策などの観点から、車両の運転状態に応じて複合的に制御されるエンジン及びモータージェネレーターを有するハイブリッドシステムを備えたハイブリッド車両（以下「ＨＥＶ」という。）が注目されている。このＨＥＶにおいては、車両の加速時や発進時には、モータージェネレーターによる駆動力のアシストが行われる一方で、慣性走行時や始動時にはモータージェネレーターによる回生発電が行われる（例えば、特許文献１を参照）。

このＨＥＶにおいても、エンジンのみを車両の走行用の動力源とする車両と同様に、車両の発進加速時に、車両に備わるサスペンションやダンパー（ショックアブソーバー）が車両の挙動に伴って振動する現象であるサージ挙動が発生する。このサージ挙動は、車両の運転者に不快感を与えるものであるので、従来は、エンジンの燃料噴射量を増減させて、サージ挙動トルクを抑制するために必要なトルクであり、サージ挙動トルクとは逆位相となるサージ挙動抑制トルクを発生させることで、サージ挙動を抑制していた。

しかしながら、サージ挙動を抑制するためにエンジンの燃料噴射量を増減させると、燃料噴射量の急な変化により、ターボチャージャシステムのブースト圧力やＥＧＲシステムのＥＧＲガスの流量等も変化してしまうため、排気ガス内のＮＯｘ量やＰＭ量が増加する等、排気ガス性能が悪化したり、燃費が悪化したりする等の懸念があった。

また、車両の発進加速時における制御ではないが、内燃機関と、この内燃機関の回転数を制御するための第１モーター及び車両の慣性エネルギーを回生して発電する第２モーターの２つのモーターを備えたハイブリッド車両で、２つのモーターの少なくともいずれか一方のモーターによって車両のばね上振動を抑制する制振制御の実行中であり、かつ、車両の慣性エネルギーによる第２モーターで発電した電力の一部を第１モーターに供給して第１モーターにより内燃機関を強制的に回転させている回生状態時に、ばね上振動を抑制する制振トルクの制限値を小さくして、制振トルクの変動量を相対的に小さくするハイブリッド車の回生制御装置が提案されている（例えば、特許文献２参照）。

しかしながら、上記のハイブリッド車の回生制御装置では、内燃機関と２つのモーターを備えたハイブリッド車の構成を基にした制御であるので、制御内容が複雑化して、制御の応答性が悪化するという問題がある。

特開２００２−２３８１０５号公報 特開２０１０−８９６１９号公報

本発明の目的は、ハイブリッド車両の発進加速時に、排気ガス性能及び燃費の悪化を防止しつつ、ハイブリッド車両に発生するサージ挙動を迅速かつ確実に抑制することができるハイブリッド車両の発進加速時制御システム、ハイブリッド車両及びハイブリッド車両の発進加速時制御方法を提供することにある。

上記の目的を達成する本発明のハイブリッド車両の発進加速時制御システムは、車両走行用の動力源であるエンジン及びモータージェネレーターと、制御装置と、を有するハイブリッドシステムを備えたハイブリッド車両の発進加速時制御システムにおいて、前記制御装置が、前記ハイブリッド車両の発進加速時に、前記ハイブリッド車両に発生するサージ挙動トルクとは逆位相のトルクで、前記サージ挙動トルクを抑制するためのトルクであるサージ挙動抑制トルクを、車速、エンジン回転数、前記エンジンに接続するトランスミッションのギヤ段、及びアクセル開度に基づいて推定算出するとともに、この推定算出したサージ挙動抑制トルクを前記モータージェネレーターにより発生させる制御を行うように構成される。

ここで、サージ挙動トルクとは、車両の発進加速時に、車両に備わるサスペンションやダンパー（ショックアブソーバー）が車両の挙動に伴って振動する現象であるサージ挙動で発生するトルク（単位：Ｎ・ｍ）である。

また、車両の発進加速時とは、車両の発進時及び加速時のことである。より詳細には、車両の発進時は、車両の車速の出始めの状態の時であり、また、車両の加速時は、車両の車速が上昇する状態の時である。

また、上記のハイブリッド車両の発進加速時制御システムにおいて、前記制御装置が、前記ハイブリッド車両の発進加速時に、前記モータージェネレーターにインバーターを介して接続されるバッテリーの充電量が予め設定された設定閾値以上である場合には、前記推定算出したサージ挙動抑制トルクを前記モータージェネレーターにより発生させる制御を行い、前記バッテリーの充電量が前記設定閾値未満である場合には、前記推定算出したサージ挙動抑制トルクを前記エンジンにより発生させる制御を行うように構成される。

また、上記の目的を達成する本発明のハイブリッド車両は、上記のハイブリッド車両の発進加速時制御システムを備えて構成される。

また、上記の目的を達成する本発明のハイブリッド車両の発進加速時制御方法は、車両走行用の動力源であるエンジン及びモータージェネレーターを有するハイブリッドシステムを備えたハイブリッド車両の発進加速時制御方法において、前記ハイブリッド車両の発進加速時に、前記ハイブリッド車両に発生するサージ挙動トルクとは逆位相のトルクで、前記サージ挙動トルクを抑制するためのトルクであるサージ挙動抑制トルクを、車速、エンジン回転数、前記エンジンに接続するトランスミッションのギヤ段、及びアクセル開度に基づいて推定算出するとともに、この推定算出したサージ挙動抑制トルクを前記モータージェネレーターにより発生させる制御を行うことを特徴とする方法である。

また、上記のハイブリッド車両の発進加速時制御方法において、前記ハイブリッド車両の発進加速時に、前記モータージェネレーターにインバーターを介して接続されるバッテリーの充電量が予め設定された設定閾値以上である場合には、前記推定算出したサージ挙動抑制トルクを前記モータージェネレーターにより発生させる制御を行い、前記バッテリーの充電量が前記設定閾値未満である場合には、前記推定算出したサージ挙動抑制トルクを前記エンジンにより発生させる制御を行うことを特徴とする方法である。

本発明のハイブリッド車両の発進加速時制御システム、ハイブリッド車両及びハイブリッド車両の発進加速時制御方法によれば、ハイブリッド車両の発進加速時に、ハイブリッド車両に発生するサージ挙動トルクを抑制するためのサージ挙動抑制トルクを、従来技術のようにエンジンの燃料噴射量を増減させてエンジンの出力トルクで発生させるのではなく、モータージェネレーターのトルクの増減（アシストと発電の切替）により発生させるようにするので、エンジンの燃料噴射量の増減に伴う排気ガス性能の悪化や燃費の悪化等の問題が発生することなく、排気ガス性能及び燃費性能の悪化を防止することができる。

また、サージ挙動トルクを、モータージェネレーターのトルクの増減により抑制する制御であるので、制御の応答性が良く、ハイブリッド車両に発生するサージ挙動を迅速に抑制することができる。

また、ハイブリッド車両の発進加速時に、ハイブリッド車両に発生するサージ挙動トルクを、モータージェネレーター用のバッテリーの充電量に基づいて、エンジンの燃料噴射量の増減、または、モータージェネレーターのトルクの増減のいずれか一方により行うようにすると、ハイブリッド車両に発生するサージ挙動を確実に抑制することができる。

本発明の実施形態からなるハイブリッド車両の発進加速時制御システムを備えたハイブリッド車両の構成図である。 本発明の実施形態からなるハイブリッド車両の発進加速時制御方法の制御フローを示す図である。

以下に、本発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。図１は、本発明の実施形態からなるハイブリッド車両の発進加速時制御システムを備えたハイブリッド車両を示す。

このハイブリッド車両（以下「ＨＥＶ」という。）は、普通乗用車のみならず、バスやトラックなどを含む車両であり、車両の運転状態に応じて複合的に制御されるエンジン１０及びモータージェネレーター３１を有するハイブリッドシステム３０を備えている。

エンジン１０においては、エンジン本体１１に形成された複数（この例では４個）の気筒１２内における燃料の燃焼により発生した熱エネルギーにより、クランクシャフト１３が回転駆動される。このエンジン１０には、ディーゼルエンジンやガソリンエンジンが用いられる。クランクシャフト１３の回転動力は、クランクシャフト１３の一端部に接続するクラッチ１４（例えば、湿式多板クラッチなど）を通じてトランスミッション２０に伝達される。

トランスミッション２０で変速された回転動力は、一対の駆動輪（図示せず）にそれぞれ駆動力として伝達される。

ハイブリッドシステム３０は、モータージェネレーター３１と、そのモータージェネレーター３１に順に電気的に接続するインバーター３５、高電圧バッテリー３２、ＤＣ／ＤＣコンバーター３３及び低電圧バッテリー３４とを有している。

高電圧バッテリー３２としては、リチウムイオンバッテリーやニッケル水素バッテリーなどが好ましく例示される。また、低電圧バッテリー３４には鉛バッテリーが用いられる。

モータージェネレーター３１は、回転軸３７に取り付けられた第１プーリー１５とエンジン本体１１の出力軸であるクランクシャフト１３の他端部に取り付けられた第２プーリー１６との間に掛け回された無端状のベルト状部材１７を介して、エンジン１０との間で動力を伝達する。なお、２つのプーリー１５、１６及びベルト状部材１７の代わりに、ギヤボックスなどを用いて動力を伝達することもできる。また、モータージェネレーター３１に接続するエンジン本体１１の出力軸は、クランクシャフト１３に限るものではなく、例えばエンジン本体１１とトランスミッション２０の間の伝達軸であっても良い。

このモータージェネレーター３１は、クランキングを行う機能を有する。

これらのエンジン１０及びハイブリッドシステム３０は、制御装置８０により制御される。具体的には、ＨＥＶの発進時や加速時には、ハイブリッドシステム３０は高電圧バッテリー３２から電力を供給されたモータージェネレーター３１により駆動力の少なくとも一部をアシストする一方で、慣性走行時や減速時においては、モータージェネレーター３１による回生発電を行い、余剰の運動エネルギーを電力に変換して高電圧バッテリー３２を充電する。

本発明のハイブリッド車両の発進加速時制御システムは、車両走行用の動力源であるエンジン１０及びモータージェネレーター３１と、制御装置８０と、を有するハイブリッドシステム３０を備えたシステムである。

そして、制御装置８０が、ハイブリッド車両の発進加速時に、ハイブリッド車両に発生するサージ挙動トルクとは逆位相のトルクで、サージ挙動トルクを抑制するためのトルクであるサージ挙動抑制トルクΔＴを、車速、エンジン回転数、エンジン１０に接続するトランスミッション２０のギヤ段、及びアクセル開度に基づいて推定算出する。

より詳細には、車速、エンジン回転数、トランスミッションのギヤ段、及びアクセル開度の４パラメーターを基にして、サージ挙動を抑制するためのエンジン１０の燃料噴射量の増減値を設定した制御式または制御マップを実験等により予め作成して、制御装置８０に記憶させておく。この制御式または制御マップは、従来技術のエンジンの出力トルクでサージ挙動を抑制する場合においても同様に作成されたものである。そして、ハイブリッド車両の発進加速時に、上記の４パラメーターの検出値を基に、制御装置８０に記憶させた上記の制御式または制御マップにより、エンジン１０の燃料噴射量の増減値ΔＦを推定算出する。従来技術では、この推定算出したエンジン１０の燃料噴射量の増減値ΔＦ分、エンジン１０の燃料噴射量を増減させることで、ハイブリッド車両のサージ挙動を抑制していた。

それに対し、本発明では、この推定算出したエンジン１０の燃料噴射量の増減値ΔＦを基に、サージ挙動を抑制するためにモータージェネレーター３１により発生させるべきトルクであるサージ挙動抑制トルクΔＴを推定算出する。そして、この推定算出されたサージ挙動抑制トルクΔＴをモータージェネレーター３１により発生させる制御を行う。この制御は、２〜３秒ほど行われる。より詳細には、ハイブリッド車両の発進加速時に、モータージェネレーター３１により発生させる発進加速用のトルクとして設定される基本トルクＴに対して、サージ挙動トルクとサージ挙動抑制トルクΔＴが逆位相となるように、このサージ挙動抑制トルクΔＴ分のトルクを増減させる（Ｔ＋ΔＴ、または、Ｔ−ΔＴ）制御を行う。

なお、サージ挙動トルクとは、車両の発進加速時に、車両に備わるサスペンション（図示しない）やダンパー（ショックアブソーバー）（図示しない）が、車両の挙動に伴って、これらの弾性体が静止状態から車両走行状態に移行して、弾性体の状態が安定するまでの間、振動する現象である。この移行期間に発生する振動で発生するトルクがサージ挙動トルク（単位：Ｎ・ｍ）である。

また、車両の発進加速時とは、車両の発進時及び加速時のことである。より詳細には、車両の発進時は、車両の車速の出始めの状態の時であり、また、車両の加速時は、車両の車速が上昇する状態の時である。

また、車速は、ハイブリッド車両に設けた車速センサー（図示しない）等により検出する。エンジン回転数は、エンジン１０に設けたエンジン回転数センサー（図示しない）等により検出する。トランスミッション２０のギヤ段は、トランスミッションコントローラ（図示しない）によって判定され、通信により制御装置８０が受信するギヤ段を用いる。アクセル開度は、ハイブリッド車両の運転席に設けたアクセル開度センサー（図示しない）等により検出する。

また、サージ挙動抑制トルクΔＴの推定算出については、例えば、車速、エンジン回転数、トランスミッションのギヤ段、及びアクセル開度の４パラメーターを基にしてサージ挙動抑制トルクΔＴを設定した制御式または制御マップを実験等により予め作成して、制御装置８０に記憶させておく。そして、ハイブリッド車両の発進加速時に、上記の４パラメーターの検出値を基に、制御装置８０に記憶させた上記の制御式または制御マップにより、サージ挙動抑制トルクΔＴを推定算出する。

また、上記のハイブリッド車両の発進加速時制御システムにおいて、制御装置８０が、ハイブリッド車両の発進加速時に、モータージェネレーター３１にインバーター３５を介して接続される高電圧バッテリー３２の充電量Ｓが実験等により予め設定された設定閾値Ｓ１以上である場合には、この推定算出したサージ挙動抑制トルクΔＴをモータージェネレーター３１により発生させる制御（モータージェネレーター３１のトルクをサージ挙動抑制トルクΔＴ分増減させる制御）を行い、高電圧バッテリー３２の充電量Ｓが設定閾値Ｓ１未満である場合には、この推定算出したサージ挙動抑制トルクΔＴをエンジン１０により発生させる制御（エンジン１０の燃料噴射量を増減値ΔＦ分増減させる制御）を行うように構成してもよい。

次に、上記のハイブリッド車両の発進加速時制御システムを基にした、本発明のハイブリッド車両の発進加速時制御方法について、図２の制御フローを参照しながら説明する。図２の制御フローは、車両の発進加速時に、上級の制御フローから呼ばれて実施され、実施後に上級の制御フローに戻る制御フローとして示している。

図２の制御フローについて説明する。図２の制御フローがスタートすると、ステップＳ１０にて、車速、エンジン回転数、トランスミッション２０のギヤ段、及びアクセル開度の４パラメーターを基にして、サージ挙動を抑制するためのエンジン１０の燃料噴射量の増減値ΔＦを推定算出する。ステップＳ１０の制御を実施後、ステップＳ２０に進む。

ステップＳ２０にて、高電圧バッテリー３２の充電量Ｓが予め設定された設定閾値Ｓ１以上であるか否かを算出する。充電量Ｓが設定閾値Ｓ１以上である場合（ＹＥＳ）は、ステップＳ３０に進み、ステップＳ３０にて、ステップＳ１０で推定算出したエンジン１０の燃料噴射量の増減値ΔＦを基に、サージ挙動抑制トルクΔＴを推定算出する。そして、ステップＳ３０の制御を実施後、ステップＳ４０に進み、ステップＳ４０にて、ステップＳ３０で推定算出したサージ挙動抑制トルクΔＴをモータージェネレーター３１により発生させる制御を行って、ハイブリッド車両のサージ挙動を抑制する。ステップＳ４０の制御を実施後、リターンに進み、本制御フローを終了して、上級の制御フローに戻る。

一方、ステップＳ２０にて、高電圧バッテリー３２の充電量Ｓが設定閾値Ｓ１未満である場合（ＮＯ）は、ステップＳ５０に進み、ステップＳ５０にて、ステップＳ１０で推定算出したエンジン１０の燃料噴射量の増減値ΔＦ分、エンジン１０の燃料噴射量を増減させる制御を行って、ハイブリッド車両のサージ挙動を抑制する。ステップＳ５０の制御を実施後、リターンに進み、本制御フローを終了して、上級の制御フローに戻る。

以上のように、上記のハイブリッド車両の発進加速時制御システムを基にした、本発明のハイブリッド車両の発進加速時制御方法は、車両走行用の動力源であるエンジン１０及びモータージェネレーター３１を有するハイブリッドシステム３０を備えたハイブリッド車両の発進加速時制御方法において、ハイブリッド車両の発進加速時に、ハイブリッド車両に発生するサージ挙動トルクとは逆位相のトルクで、サージ挙動トルクを抑制するためのトルクであるサージ挙動抑制トルクΔＴを、車速、エンジン回転数、エンジン１０に接続するトランスミッション２０のギヤ段、及びアクセル開度に基づいて推定算出するとともに、この推定算出したサージ挙動抑制トルクΔＴをモータージェネレーター３１により発生させる制御を行うことを特徴とする方法である。

また、上記のハイブリッド車両の発進加速時制御方法において、ハイブリッド車両の発進加速時に、モータージェネレーター３１にインバーター３５を介して接続されるバッテリー３２の充電量Ｓが予め設定された設定閾値Ｓ１以上である場合には、この推定算出したサージ挙動抑制トルクΔＴをモータージェネレーター３１により発生させる制御を行い、バッテリー３２の充電量Ｓが設定閾値Ｓ１未満である場合には、この推定算出したサージ挙動抑制トルクΔＴをエンジン１０により発生させる制御を行うことを特徴とする方法である。

本発明のハイブリッド車両の発進加速時制御システム、ハイブリッド車両及びハイブリッド車両の発進加速時制御方法によれば、ハイブリッド車両の発進加速時に、ハイブリッド車両に発生するサージ挙動トルクを抑制するためのサージ挙動抑制トルクΔＴを、エンジン１０の燃料噴射量を増減させることにより発生させるのではなく、モータージェネレーター３１のトルクの増減（アシストと発電の切替）により発生させるようにするので、エンジン１０の燃料噴射量の増減に伴う排気ガス性能の悪化や燃費の悪化等の問題が発生することなく、排気ガス性能及び燃費性能の悪化を防止することができる。

また、サージ挙動トルクを、モータージェネレーター３１のトルクの増減により抑制する制御であるので、制御の応答性が良く、ハイブリッド車両に発生するサージ挙動を迅速に抑制することができる。

また、ハイブリッド車両の発進加速時に、ハイブリッド車両に発生するサージ挙動トルクを、モータージェネレーター３１用のバッテリー３２の充電量Ｓに基づいて、エンジン１０の燃料噴射量の増減、または、モータージェネレーター３１のトルクの増減のいずれか一方により行うようにすると、バッテリー３２の充電量Ｓに拠らず、ハイブリッド車両に発生するサージ挙動を確実に抑制することができる。

１０ エンジン
１１ エンジン本体
３０ ハイブリッドシステム
３１ モータージェネレーター
３２ 高電圧バッテリー（バッテリー）
３５ インバーター
８０ 制御装置
ΔＴ サージ挙動抑制トルク
Ｓ バッテリーの充電量
Ｓ１ バッテリーの充電量の設定閾値

Claims (5)

1. 車両走行用の動力源であるエンジン及びモータージェネレーターと、制御装置と、を有するハイブリッドシステムを備えたハイブリッド車両の発進加速時制御システムにおいて、
   前記制御装置が、
   前記ハイブリッド車両の発進加速時に、
   前記ハイブリッド車両に発生するサージ挙動トルクとは逆位相のトルクで、前記サージ挙動トルクを抑制するためのトルクであるサージ挙動抑制トルクを、車速、エンジン回転数、前記エンジンに接続するトランスミッションのギヤ段、及びアクセル開度に基づいて推定算出するとともに、
   この推定算出したサージ挙動抑制トルクを前記モータージェネレーターにより発生させる制御を行うように構成されることを特徴とするハイブリッド車両の発進加速時制御システム。
2. 前記制御装置が、
   前記ハイブリッド車両の発進加速時に、
   前記モータージェネレーターにインバーターを介して接続されるバッテリーの充電量が予め設定された設定閾値以上である場合には、前記推定算出したサージ挙動抑制トルクを前記モータージェネレーターにより発生させる制御を行い、
   前記バッテリーの充電量が前記設定閾値未満である場合には、前記推定算出したサージ挙動抑制トルクを前記エンジンにより発生させる制御を行うように構成される請求項１に記載のハイブリッド車両の発進加速時制御システム。
3. 請求項１または２に記載のハイブリッド車両の発進加速時制御システムを備えたハイブリッド車両。
4. 車両走行用の動力源であるエンジン及びモータージェネレーターを有するハイブリッドシステムを備えたハイブリッド車両の発進加速時制御方法において、
   前記ハイブリッド車両の発進加速時に、
   前記ハイブリッド車両に発生するサージ挙動トルクとは逆位相のトルクで、前記サージ挙動トルクを抑制するためのトルクであるサージ挙動抑制トルクを、車速、エンジン回転数、前記エンジンに接続するトランスミッションのギヤ段、及びアクセル開度に基づいて推定算出するとともに、
   この推定算出したサージ挙動抑制トルクを前記モータージェネレーターにより発生させる制御を行うことを特徴とするハイブリッド車両の発進加速時制御方法。
5. 前記ハイブリッド車両の発進加速時に、
   前記モータージェネレーターにインバーターを介して接続されるバッテリーの充電量が予め設定された設定閾値以上である場合には、前記推定算出したサージ挙動抑制トルクを前記モータージェネレーターにより発生させる制御を行い、
   前記バッテリーの充電量が前記設定閾値未満である場合には、前記推定算出したサージ挙動抑制トルクを前記エンジンにより発生させる制御を行うことを特徴とする請求項４に記載のハイブリッド車両の発進加速時制御方法。

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