JP2017144979A - ハイブリッド車両制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ハイブリッド車両に備えられる第一回転機の体格を大きくすることなく過給機の過給動作による内燃機関の発生トルクに対応できること。
【解決手段】内燃機関と、過給機と、ロック機構を有する回転機と、ギヤトレーンと、回転機およびギヤトレーンを収容するトランスアクスルケースとを備えたハイブリッド車両を制御するハイブリッド車両制御装置において、回転機のトルク容量が、内燃機関の最大トルクに対応したトルク容量であり、ロック機構、ギヤトレーン、およびトランスアクスルケースのトルク容量が、過給機と内燃機関とを併せた構成における最大トルクに対応したトルク容量であり、ロック機能によって回転機がロックされた場合に、ハイブリッド車両における発生トルクを、過給機と内燃機関とを合わせた構成における最大トルクまで許容する制御を行う制御部を備える。
【選択図】図３

Description

本発明は、ハイブリッド車両制御装置に関する。

特許文献１には、過給機を有する内燃機関と、内燃機関による機関出力または蓄電装置の電力出力による駆動力によって駆動される車両駆動用アクチュエータと、蓄電装置の電力出力能力に応じて過給機の過給圧を制御する制御手段とを備えるハイブリッド車両が記載されている。特許文献１に記載されたハイブリッド車両においては、蓄電装置の電力出力能力に応じて過給機の過給圧が制御されて、蓄電装置の状態に応じて内燃機関の出力特性が制御される。

特開２００４−０１１４５６号公報

しかしながら、上述した従来技術においては、過給機を有する内燃機関を備えたハイブリッド車両と、過給機を有しない内燃機関を備えたハイブリッド車両との両方に対応可能な動力伝達部（トランスアクスル：Ｔ／Ａ）を検討する場合に問題が生じる。すなわち、トランスアクスルを、過給機が設けられた内燃機関を備えるハイブリッド車両の最大トルクに対応可能にするためには、蓄電装置により駆動する回転機（モータジェネレータ：ＭＧ）の体格が大きくなるという問題が生じる。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、その目的は、ハイブリッド車両に備えられる回転機の体格を大きくすることなく過給機の過給動作による内燃機関の発生トルクに対応できるハイブリッド車両制御装置を提供することにある。

上述した課題を解決し、上記目的を達成するために、本発明に係るハイブリッド車両制御装置は、内燃機関と、過給機と、ロック機構を有する回転機と、ギヤトレーンと、前記回転機および前記ギヤトレーンを収容するトランスアクスルケースとを備えたハイブリッド車両を制御するハイブリッド車両制御装置において、前記回転機のトルク容量が、前記内燃機関の最大トルクに対応したトルク容量であるとともに、前記ロック機構、前記ギヤトレーン、および前記トランスアクスルケースのトルク容量が、前記内燃機関と前記過給機とを併せた構成における最大トルクに対応したトルク容量であり、前記ロック機構によって前記回転機がロックされた場合に、前記ハイブリッド車両における発生トルクを、前記過給機および前記内燃機関を併せた構成における最大トルクまで許容する制御を行う制御部を備えることを特徴とする。

本発明に係るハイブリッド車両制御装置によれば、回転機がロック状態の場合に、回転機のトルク容量を、過給機が備えられた内燃機関の最大トルクまで許容することにより、回転機が許容するトルク容量をロック状態と非ロック状態とによって切り替えることができるので、回転機の体格を大きくすることなく過給機の過給動作による車両の発生トルクに対応することが可能となる。

図１は、本発明の一実施形態による車両の構成を示すスケルトン図である。 図２は、本発明の一実施形態による車両のエンジンの構成を示す図である。 図３は、本発明の一実施形態によるエンジン最大トルクの切替方法を示すフローチャートである。 図４は、本発明の一実施形態によるハイブリッド車両制御装置の処理に用いられるエンジン発生最大トルクを説明するためのエンジントルク特性を示すグラフである。

以下、本発明の一実施形態について図面を参照しつつ説明する。なお、以下の一実施形態の全図においては、同一または対応する部分には同一の符号を付す。また、本発明は以下に説明する実施形態によって限定されるものではない。

まず、本発明の一実施形態によるハイブリッド車両制御装置を備える車両について説明する。図１は、この一実施形態による車両の構成を示す。

図１に示すように、この一実施形態による車両１００は、エンジン１、第一回転機ＭＧ１および第二回転機ＭＧ２を有するハイブリッド（ＨＶ）車両である。車両１００は、エンジン１、遊星歯車機構１０、第一回転機ＭＧ１、第二回転機ＭＧ２、駆動輪２２、ＥＣＵ３０、オイルポンプ５０およびブレーキＢＫ１を含んで構成される。

また、この一実施形態によるハイブリッド車両用駆動装置は、エンジン１と、第一回転機ＭＧ１、第二回転機ＭＧ２、遊星歯車機構１０、オイルポンプ５０、およびブレーキＢＫ１を含んで構成される。ハイブリッド車両用駆動装置は、例えば、軸方向が車幅方向となるように車両１００に搭載される。

この一実施形態によるトランスアクスル（Ｔ／Ａ）は、トランスアクスルケース１１０と、トランスアクスルケース１１０内に収容された、動力分割機構、カウンタギヤ機構、およびデファレンシャルギヤ機構などを含むトランスアクスル構成部品とから構成される。トランスアクスル構成部品は、ギヤ機構や回転軸や軸受などを含む。具体的に、この一実施形態によるトランスアクスル（Ｔ／Ａ）は、ギヤトレーンを構成する動力分割機構（遊星歯車機構１０）を有するとともに、同機構のエンジン反力を機械的に支持する構造（ＭＧ１ロック機構：ブレーキＢＫ１）を有する。この一実施形態によるハイブリッド車両用駆動装置は、ＥＶ走行中の減速時にＭＧ１ロックを行うことで、強制的にエンジンブレーキによる減速ができるように構成される。

エンジン１は、燃料の燃焼エネルギを出力軸１ａの回転運動に変換して出力する。内燃機関としてのエンジン１は、後述する過給機と併せて構成される場合や、過給機を備えずに構成される場合がある。エンジン１の出力軸１ａは、ダンパ１ｂを介して入力軸２と接続されている。入力軸２は、動力伝達装置の入力軸である。動力伝達装置は、回転機としての第一回転機ＭＧ１、第二回転機ＭＧ２、デファレンシャル装置２０等を含んで構成されている。入力軸２は、エンジン１の出力軸１ａと同軸上かつ出力軸１ａの延長線上に配置されている。

遊星歯車機構１０は、差動機構であり、エンジン１の動力を第一回転機ＭＧ１側と出力側とに分割する動力分割プラネタリとしての機能を有する。遊星歯車機構１０は、シングルピニオン式であり、サンギヤ１１、ピニオンギヤ１２、リングギヤ１３およびキャリア１４を有する。

リングギヤ１３は、サンギヤ１１と同軸上であってかつサンギヤ１１の径方向外側に配置されている。ピニオンギヤ１２は、サンギヤ１１とリングギヤ１３との間に配置されており、サンギヤ１１およびリングギヤ１３とそれぞれ噛み合っている。ピニオンギヤ１２は、キャリア１４によって回転自在に支持されている。キャリア１４は、入力軸２と連結されており、入力軸２と一体回転する。従って、ピニオンギヤ１２は、入力軸２とともに入力軸２の中心軸線周りに回転（公転）可能であり、かつキャリア１４によって支持されてピニオンギヤ１２の中心軸線周りに回転（自転）可能である。

サンギヤ１１には、第一回転機ＭＧ１のロータ軸３３が接続されている。第一回転機ＭＧ１は、エンジン１の出力軸１ａと同軸上に配置されており、遊星歯車機構１０を挟んでエンジン１と対向している。ロータ軸３３は、入力軸２の径方向外側に配置されており、入力軸２に対して相対回転自在に支持されている。リングギヤ１３には、カウンタドライブギヤ１５が接続されている。円筒形状の部材の内周面にリングギヤ１３が、外周面にカウンタドライブギヤ１５が配置されている。

ギヤトレーンを構成するカウンタギヤ機構は、カウンタドライブギヤ１５、カウンタドリブンギヤ１６、およびカウンタシャフト１７を備える。カウンタドライブギヤ１５は、カウンタドリブンギヤ１６と噛み合っている。カウンタドリブンギヤ１６は、カウンタシャフト１７を介してドライブピニオンギヤ１８と接続されている。カウンタドリブンギヤ１６とドライブピニオンギヤ１８とは一体回転する。また、カウンタドリブンギヤ１６には、リダクションギヤ３５が噛み合っている。リダクションギヤ３５は、第二回転機ＭＧ２のロータ軸３４に接続されている。これにより、第二回転機ＭＧ２の回転は、リダクションギヤ３５を介してカウンタドリブンギヤ１６に伝達される。リダクションギヤ３５は、カウンタドリブンギヤ１６よりも小径であり、第二回転機ＭＧ２の回転を減速してカウンタドリブンギヤ１６に伝達する。

ドライブピニオンギヤ１８は、デファレンシャル装置２０のデフリングギヤ１９と噛み合っている。デファレンシャル装置２０は、左右の駆動軸２１を介して駆動輪２２と接続されている。リングギヤ１３は、カウンタドライブギヤ１５、カウンタドリブンギヤ１６、ドライブピニオンギヤ１８、デファレンシャル装置２０および駆動軸２１を介して駆動輪２２と接続されている。また、第二回転機ＭＧ２は、リングギヤ１３と駆動輪２２との動力伝達経路に対して接続されており、リングギヤ１３および駆動輪２２に対してそれぞれ動力を伝達可能である。

第一回転機ＭＧ１および第二回転機ＭＧ２は、それぞれモータ（電動機）としての機能と、発電機としての機能とを備える。第一回転機ＭＧ１および第二回転機ＭＧ２は、インバータを介してバッテリ３６と接続されている。第一回転機ＭＧ１および第二回転機ＭＧ２は、バッテリ３６から供給される電力を機械的な動力に変換して出力することができる。また、第一回転機ＭＧ１および第二回転機ＭＧ２は、入力される動力によって駆動されて機械的な動力を電力に変換することができる。第一回転機ＭＧ１および第二回転機ＭＧ２によって発電された電力は、バッテリ３６に蓄電可能である。第一回転機ＭＧ１および第二回転機ＭＧ２としては、交流同期型のモータジェネレータを用いることができる。

バッテリ３６は、蓄電装置であり、回生エネルギを蓄電することができる。バッテリ３６は、バッテリ３６の電圧、充放電電流値、温度等を検出する監視装置を含んで構成されている。

ブレーキＢＫ１は、第一回転機ＭＧ１の回転軸であるロータ軸３３の回転を規制するロック機能を有する。換言すると、ブレーキＢＫ１は、サンギヤ１１の回転を規制するロック機構としての機能を有する。ブレーキＢＫ１は、車体側とロータ軸３３とを断接するクラッチ装置である。ブレーキＢＫ１は、摩擦係合式のものであり、供給される油圧（係合油圧）によって係合度合（トルク容量）を制御可能である。ブレーキＢＫ１は、係合油圧に応じて、開放状態、半係合状態、完全係合状態に制御可能である。

オイルポンプ５０は、エンジン１の出力軸１ａに接続され、被潤滑部に潤滑油を供給するものである。オイルポンプ５０によって吐出される潤滑油は、車両１００の被潤滑部に供給される。

ハイブリッド車両制御装置として機能する制御部としてのＥＣＵ３０は、コンピュータを有する電子制御ユニットである。ＥＣＵ３０は、物理的には、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＡＭ（Random Access Memory）やＲＯＭ（Read Only Memory）およびインターフェースなどを含む周知のマイクロコンピュータを主体とする電子回路である。上述したＥＣＵ３０の各機能は、ＲＯＭに保持されるアプリケーションプログラムをＲＡＭにロードしてＣＰＵで実行することによって、ＣＰＵの制御のもとで車両１００内の各種装置を動作させるとともに、ＲＡＭやＲＯＭにおけるデータの読み出しおよびＲＡＭへの書き込みを行うことで実現される。

ＥＣＵ３０は、第一回転機ＭＧ１および第二回転機ＭＧ２を制御することができる。ＥＣＵ３０は、例えば、第一回転機ＭＧ１に対して供給する電流値を調節し、第一回転機ＭＧ１の出力トルクを制御すること、および第二回転機ＭＧ２に対して供給する電流値を調節し、第二回転機ＭＧ２の出力トルクを制御することができる。また、ＥＣＵ３０は、各回転機ＭＧ１，ＭＧ２に回生発電を行わせ、その発電量を調節して回生トルクを制御することができる。

ＥＣＵ３０は、エンジン１を制御して、例えば、エンジン１の電子スロットル弁の開度を制御すること、点火信号を出力してエンジン１の点火制御を行うこと、エンジン１に対する燃料の噴射制御等を行うことができる。ＥＣＵ３０は、電子スロットル弁の開度制御、噴射制御、点火制御等によりエンジン１の出力トルクを制御することができる。

ＥＣＵ３０には、図示省略した車速センサ、アクセル開度センサ、ブレーキ操作量センサ、ＭＧ１回転数センサ、ＭＧ２回転数センサ、出力軸回転数センサ等が接続されている。これらのセンサにより、ＥＣＵ３０は、車速、アクセル開度、ブレーキ踏力やストローク等のブレーキ操作量、第一回転機ＭＧ１の回転数（ＭＧ１回転数）、第二回転機ＭＧ２の回転数（ＭＧ２回転数）、動力伝達装置の出力軸の回転数等を取得することができる。また、ＥＣＵ３０は、バッテリ３６と接続されており、バッテリ３６の蓄電残量ＳＯＣを取得することができる。

ＥＣＵ３０は、取得する情報に基づいて、車両１００に対する要求駆動力や要求パワー、要求トルク等を算出することができる。ＥＣＵ３０は、算出した要求値に基づいて、第一回転機ＭＧ１の出力トルク（ＭＧ１トルク）、第二回転機ＭＧ２の出力トルク（ＭＧ２トルク）およびエンジン１の出力トルク（エンジントルク）を決定する。ＥＣＵ３０は、ＭＧ１トルクおよびＭＧ２トルクの目標値を実現するように、第一回転機ＭＧ１および第二回転機ＭＧ２をそれぞれ制御する。また、ＥＣＵ３０は、エンジントルクの目標値を実現するようにエンジン１を制御する。

ＥＣＵ３０は、ブレーキＢＫ１と電気的に接続されており、ブレーキＢＫ１を制御する。ＥＣＵ３０は、ブレーキＢＫ１のアクチュエータに対して係合指令または解放指令を出力し、ブレーキＢＫ１を係合または解放させる。

車両１００では、ハイブリッド（ＨＶ）走行とＥＶ走行とを選択的に実行可能である。ＨＶ走行とは、エンジン１を動力源として車両１００を走行させる走行モードである。ＨＶ走行では、エンジン１に加えて、さらに第二回転機ＭＧ２を動力源としてもよい。この一実施形態による車両１００は、ＨＶ走行モードとして、ＴＨＳ走行モードおよびＭＧ１ロック走行モードを有する。

ＴＨＳ走行モードにおいては、ブレーキＢＫ１が解放され、第一回転機ＭＧ１のロータ軸３３の回転が許容される。第一回転機ＭＧ１は、エンジントルクに対する反力トルクを発生させて、エンジントルクをリングギヤ１３から出力させる。ＴＨＳ走行モードでは、ＭＧ１回転数を変化させることができる。例えば、ＭＧ１回転数は、エンジン回転数をエンジン１の効率が良い回転数とするように制御される。ＴＨＳ走行モードは、キャリア１４の回転数とリングギヤ１３の回転数との変速比を連続的に可変に制御することができる電気ＣＶＴモードである。

ＭＧ１ロック走行モードでは、ブレーキＢＫ１が係合される。これにより、第一回転機ＭＧ１のロータ軸３３の回転が規制される。ＭＧ１ロック走行モードは、例えば、高速走行時にＴＨＳ走行モードでは動力循環が発生する場合などに選択される。ＴＨＳ走行モードからＭＧ１ロック走行モードへ移行する場合、ブレーキＢＫ１が係合される。ブレーキＢＫ１を係合するときに、第一回転機ＭＧ１の回転同期制御がなされてもよい。回転同期制御は、第一回転機ＭＧ１の回転数を０として、ブレーキＢＫ１の第一回転機ＭＧ１側の係合要素の回転数を車体側の係合要素の回転数に同期するものである。回転同期制御によってＭＧ１回転数が所定回転数以下に制御されてブレーキＢＫ１が係合される。

ＭＧ１ロック走行モードでは、ロータ軸３３の回転が機械的にロックされる。ＭＧ１ロック走行モードでは、動力循環による効率低下を抑制できるなど、車両１００の効率を向上させることができる。

ＥＶ走行モードは、第二回転機ＭＧ２を動力源として走行する走行モードである。ＥＶ走行では、エンジン１を停止して走行することが可能である。ＥＶ走行モードでは、ブレーキＢＫ１は解放される。ＥＶ走行モードでは、ブレーキＢＫ１が開放していることにより、サンギヤ１１の回転が許容される。これにより、エンジン１は回転を停止し、サンギヤ１１および第一回転機ＭＧ１は空転して負回転する。

ＥＶ走行モードからＨＶ走行モードへ移行する場合など、エンジン１を始動する場合、第一回転機ＭＧ１によってエンジン１のクランキングがなされる。第一回転機ＭＧ１は、エンジン回転数を上昇させる正回転方向のトルクを出力し、エンジン回転数を上昇させる。エンジン回転数が所定の回転数まで上昇すると、燃料の噴射および点火がなされてエンジン１の始動が完了する。

ＭＧ１トルクによってエンジン１を回転させるときには、その反力として制動トルクが発生する。ＭＧ１トルク（正トルク）によってエンジン１を回転させると、リングギヤ１３には、その反力として、負方向の反力トルクＴｍが作用する。反力トルクＴｍは、車両１００を制動する制動トルクとして機能する。すなわち、ＭＧ１トルクによってエンジン１を回転させることで、車両１００に制動力を発生させることが可能である。

次に、過給機と内燃機関とを併せた構成について説明する。図２は、過給機と内燃機関とを併せた構成において、特に過給機に関連する部分の構成を概略的に示す図である。図２に示すように、エンジン１の吸気管４３と排気管４４との間に過給機４５が設けられている。過給機４５ は、圧縮機ホイール側部分４５ａとタービンホイール側部分４５ｂとを有する。圧縮機ホイール側部分４５ａ内に設けられたコンプレッサ４８は、タービンホイール側部分４５ｂ内に設けられたタービン４９と同一のシャフトにより連結されている。エンジン１の排気管４４から排出される排気ガスはタービンホイール側部分４５ｂに入ってタービン４９を回転させる。これにより、タービン４９と同軸上に形成されているコンプレッサ４８が圧縮機ホイール側部分４５ａにおいて圧縮空気を生成し、吸気管４３に送り込む。このようにして、過給動作が行われる。

過給機４５とエンジン１との間の吸気管４３には、ＥＣＵ３０により開度が調整されるスロットルバルブの開度を検出するスロットル開度センサ４６と、過給圧を検出する過給圧センサ４７が設けられている。スロットル開度センサ４６および過給圧センサ４７の検知信号はＥＣＵ３０に入力される。過給機４５の上流側と下流側の排気管４４はウエストゲートバルブを介したバイパス路によって接続されている。

上述した車両１００において、第一回転機ＭＧ１のトルク容量は、エンジン１を備えたＨＶ車両における最大のエンジントルク（第１エンジン発生最大トルクＴ_hv）に対応したトルク容量である。この場合、エンジン１は過給機４５と併せて構成されていない。そのため、第一回転機ＭＧ１は、エンジン１と過給機４５とを併せた構成のＨＶ車両における最大のエンジントルク（第２エンジン発生最大トルクＴ_lock）に対応したトルク容量を有する第一回転機に比して、体格が小さく小型である。

一方、この一実施形態によるギヤトレーン、ブレーキＢＫ１、およびトランスアクスルケース１１０のトルク容量は、上述した第２エンジン発生最大トルクＴ_lockに対応したトルク容量である。

図３は、この一実施形態によるエンジン発生トルクの切替方法を示すフローチャートである。図３に示すエンジン発生トルクの切替処理は、車両１００の走行中においてＥＣＵ３０により繰り返し実行される。図４は、この第１エンジン発生最大トルクＴ_hvおよび第２エンジン発生最大トルクＴ_lockを説明するためのエンジントルク特性を示す。

図３に示すように、この一実施形態においては、ステップＳＴ１においてＥＣＵ３０は、車両１００がＨＶ走行中であるか否かを判定する。ＥＣＵ３０が、車両１００はＨＶ走行中であると判断した場合（ステップＳＴ１：Ｙｅｓ）、ステップＳＴ２に移行する。ステップＳＴ２においてＥＣＵ３０は、エンジン１を制御して、エンジン発生トルクＴを第１エンジン発生最大トルクＴ_hv未満（Ｔ＜Ｔ_hv）になるように制御する。図４に示すように、エンジン発生トルクＴは、エンジン回転数の増加に応じて所定のエンジン発生最大トルクまで増加する。所定のエンジン発生最大トルクとして、第１エンジン発生最大トルクＴ_hvおよび第２エンジン発生最大トルクＴ_lockが設定される。第１エンジン発生最大トルクＴ_hvは、第２エンジン発生最大トルクＴ_lockより小さい設定値（Ｔ_hv＜Ｔ_lock）である。図３に示すステップＳＴ２の処理後、エンジン発生トルクの切替処理を終了する。

一方、ＥＣＵ３０が、車両１００はＨＶ走行中ではないと判断した場合（ステップＳＴ１：Ｎｏ）、ステップＳＴ３に移行する。ステップＳＴ３においてＥＣＵ３０は、第一回転機ＭＧ１がロックされているか否かを判定する。ＥＣＵ３０が、第一回転機ＭＧ１はロックされていると判断した場合（ステップＳＴ３：Ｙｅｓ）、ステップＳＴ４に移行する。ステップＳＴ４においてＥＣＵ３０は、エンジン１を制御して、図４に示すようにエンジン発生トルクＴを第２エンジン発生最大トルクＴ_lock未満（Ｔ＜Ｔ_lock）になるように制御する。換言すると、第一回転機ＭＧ１がロックされている場合にＥＣＵ３０は、エンジン１におけるエンジン発生トルクＴを第２エンジン発生最大トルクＴ_lockまで許容する。他方、ステップＳＴ３においてＥＣＵ３０が、第一回転機ＭＧ１はロックされていないと判断した場合（ステップＳＴ３：Ｎｏ）、エンジン発生トルクの切替処理を終了する。

以上説明した本発明の一実施形態によれば、第一回転機の体格を大きくすることなく過給機の過給動作による内燃機関の発生トルクに対応することが可能となる。

以上、本発明の一実施形態について具体的に説明したが、本発明は、上述の一実施形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想に基づく各種の変形が可能である。例えば、上述の一実施形態において挙げた数値はあくまでも例に過ぎず、必要に応じてこれと異なる数値を用いてもよい。

１ エンジン
１０ 遊星歯車機構
１５ カウンタドライブギヤ
１６ カウンタドリブンギヤ
１７ カウンタシャフト
２０ デファレンシャル装置
３０ ＥＣＵ
４５ 過給機
１００ 車両
１１０ トランスアクスルケース
ＢＫ１ ブレーキ
ＭＧ１ 第一回転機
ＭＧ２ 第二回転機

Claims (1)

1. 内燃機関と、過給機と、ロック機構を有する回転機と、ギヤトレーンと、前記回転機および前記ギヤトレーンを収容するトランスアクスルケースとを備えたハイブリッド車両を制御するハイブリッド車両制御装置において、
   前記回転機のトルク容量が、前記内燃機関の最大トルクに対応したトルク容量であるとともに、前記ロック機構、前記ギヤトレーン、および前記トランスアクスルケースのトルク容量が、前記内燃機関と前記過給機とを併せた構成における最大トルクに対応したトルク容量であり、
   前記ロック機構によって前記回転機がロックされた場合に、前記ハイブリッド車両における発生トルクを、前記過給機および前記内燃機関を併せた構成における最大トルクまで許容する制御を行う制御部を備える
   ことを特徴とするハイブリッド車両制御装置。

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