JP2018118547A

JP2018118547A - 車両制御装置

Info

Publication number: JP2018118547A
Application number: JP2017009588A
Authority: JP
Inventors: 弘紹吉野; Hiroaki Yoshino; 匡史関口; Tadashi Sekiguchi; 朋亮 ▲柳▼田; Tomoaki Yanagida
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2017-01-23
Filing date: 2017-01-23
Publication date: 2018-08-02

Abstract

【課題】ハイブリッド車両を駆動させるための駆動力不足とモータの大型化とを抑えつつ、エンジン始動を行うことができる車両制御装置を提供すること。【解決手段】エンジンとモータとの間における動力伝達経路を断接するためのクラッチと、エンジンの始動に用いられるスタータと、を備えるハイブリッド車両を制御する車両制御装置であって、発進時に、アクセル開度が予め設定された所定開度未満の場合には、クラッチが係合された状態で、モータによるエンジンのモータリングを行ってエンジンを始動させ、アクセル開度が所定開度以上の場合には、クラッチが開放された状態で、スタータによりエンジンを始動させる制御を実行する。【選択図】図２

Description

本発明は、車両制御装置に関する。

特許文献１には、モータからの駆動力によって発進を行うハイブリッド車両において、発進時にエンジン始動要求がある場合、エンジンとモータとの間における動力伝達経路上に設けられたクラッチを係合させて、モータからの駆動力を用いてエンジンを始動させるエンジン始動制御が開示されている。

特開２００４−３３０９２４号公報

しかしながら、モータからの駆動力によって発進を行うハイブリッド車両において、モータからの駆動力を用いてエンジン始動を行う場合は、車両を駆動させるための駆動力に、エンジン始動のための駆動力分が上乗せされる。そのため、車両を駆動させるために大きな駆動力が要求されるような場合であっても、モータによるエンジン始動が行われるため、車両を駆動させるための駆動力が十分に確保できないおそれがあり、高出力モータを用いる必要があるが、その結果、モータの大型化を招いてしまうといった問題が生じる。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであって、その目的は、ハイブリッド車両を駆動させるための駆動力不足とモータの大型化とを抑えつつ、エンジン始動を行うことができる車両制御装置を提供することである。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る車両制御装置は、エンジンとモータとの間における動力伝達経路を断接するためのクラッチと、前記エンジンの始動に用いられるスタータと、を備えるハイブリッド車両を制御する車両制御装置であって、発進時に、アクセル開度が予め設定された所定開度未満の場合には、前記クラッチが係合された状態で、前記モータによる前記エンジンのモータリングを行って該エンジンを始動させ、アクセル開度が前記所定開度以上の場合には、前記クラッチが開放された状態で、前記スタータにより前記エンジンを始動させる制御を実行することを特徴とするものである。

本発明に係る車両制御装置は、発進時にアクセル開度が、所定開度未満の場合にはモータによるエンジン始動を行い、所定開度以上の場合にはスタータによるエンジン始動を行う。これにより、ハイブリッド車両を駆動させるために大きな駆動力が要求されるような、アクセル開度が所定開度以上の場合には、スタータによるエンジン始動が行われるため、エンジン始動のための駆動力分がモータ出力に上乗せされない。よって、ハイブリッド車両を駆動させるための駆動力不足とモータの大型化とを抑えつつ、エンジン始動を行うことができるという効果を奏する。

図１は、実施形態に係るハイブリッド車両の要部を示すスケルトン図である。図２は、実施形態に係るハイブリッド車両が備えるＥＣＵによるエンジン始動制御の一例を示すフローチャートである。図３は、動力伝達経路上で変速部とデファレンシャルとの間にモータを配置した場合におけるハイブリッド車両の要部を示すスケルトン図である。図４は、クラッチ、変速部、デファレンシャルを介してエンジンと動力伝達経路上で接続された駆動軸とは異なる駆動軸と同軸上に、モータを配置した場合におけるハイブリッド車両の要部を示すスケルトン図である。

以下に、本発明に係る車両制御装置を備えたハイブリッド車両の一実施形態について説明する。なお、本実施形態により本発明が限定されるものではない。また、実施形態に係るハイブリッド車両の駆動方式としては、ＦＦ（フロントエンジン・フロントドライブ）方式や、ＦＲ（フロントエンジン・リアドライブ）方式や、４輪駆動方式などのいずれの駆動方式であってもよい。

図１は、実施形態に係るハイブリッド車両１の要部を示すスケルトン図である。図１に示すハイブリッド車両１は、機関であるエンジン２、クラッチ３、モータ４、変速部５、デファレンシャル６、駆動軸７、駆動輪８、車両制御装置である電子制御ユニット（以下、ＥＣＵという）９、アクセルペダル１０、アクセル開度センサ１１、スタータ１２、及び、バッテリー１３などを備えている。

クラッチ３は、エンジン２の出力軸２ａと、モータ４の入力軸４ａとの間に位置しており、エンジン２とモータ４との間における動力伝達経路を断接するものであって、係合状態では前記動力伝達経路を接続し、開放状態では前記動力伝達経路を切断する。モータ４は、電動モータ及び発電機として機能するもの（モータ・ジェネレータ）であり、インバータ（不図示）などを介してバッテリー１３と接続されている。変速部５の入力軸５ａはモータ４に接続されており、変速部５の出力軸５ｂはデファレンシャル６に接続されている。変速部５としては、有段自動変速機や無段自動変速機などを用いることができる。デファレンシャル６には、一対の駆動軸７が接続されており、各駆動軸７の軸端部に駆動輪８がそれぞれ取り付けられている。ＥＣＵ９は、エンジン２、クラッチ３、モータ４、変速部５、アクセル開度センサ１１、スタータ１２、及び、バッテリー１３などを制御する。アクセル開度センサ１１は、運転者によるアクセルペダル１０の操作量であるアクセル開度を検知し、その検知されたアクセル開度を示す信号をＥＣＵ９に出力する。スタータ１２は、エンジン２をクランキングするためのモータである。

ハイブリッド車両１では、ハイブリッド走行やＥＶ走行などを選択的に実行可能である。ハイブリッド走行とは、エンジン２とモータ４とのうち少なくともエンジン２を動力源としてハイブリッド車両１を走行させる走行モードである。ハイブリッド走行では、エンジン２に加えて、モータ４を動力源とすることができる。ＥＶ走行は、エンジン２を停止し、モータ４を動力源として走行する走行モードであり、クラッチ３を開放し、エンジン２を停止させる。また、ハイブリッド車両１では、走行中にアクセル開度がゼロになったときに、惰性によりハイブリッド車両１を走行させるフリーラン走行を実行することもできる。また、このフリーラン走行時には、クラッチ３を開放しエンジン２を停止させるとともに、駆動輪８の回転力を動力伝達経路を経てモータ４に伝達させることにより、モータ４の回生によって発電し、その発電された電力をバッテリー１３に充電する。

実施形態に係るハイブリッド車両１においては、停車しているハイブリッド車両１の発進は、モータ４からの駆動力により駆動輪８を駆動させることによって行われる。

ここで、ハイブリッド車両１の発進をモータ４からの駆動力ではなく、エンジン２からの駆動力によって行う場合には、エンジン始動待機時間、すなわち、エンジン２を始動させてから完了するまでに数［ｍｓ］の時間がかかる。そのため、ハイブリッド車両１の停車時から発進時に、運転者が行うブレーキＯＦＦからアクセルＯＮまでのペダル操作の間にエンジン２の始動が完了しない場合には、アクセルＯＮのタイミングに対してハイブリッド車両１が発進するタイミングに若干の遅れが生じてしまい、発進性の悪化を招くおそれがある。これに対して、ハイブリッド車両１の発進をモータ４からの駆動力で行うことによって、発進時におけるアクセルＯＮに対する応答性が良く、ハイブリッド車両１の発進性の悪化を抑制することができる。

また、実施形態に係るハイブリッド車両１においては、モータ４によるエンジン始動と、スタータ１２によるエンジン始動と、が選択的に実行可能となっている。

ここで、モータ４によるエンジン始動を前提とした場合には、モータ出力として、駆動輪８を駆動させるための駆動力に加えて、エンジン始動で必要な駆動力が上乗せされる。そのため、低出力モータでエンジン始動分までモータ出力を確保しようとすると、駆動輪８を駆動させるための駆動力が不足するおそれがあり、高出力モータを用いる必要があるが、その結果、モータ４の大型化を招いてしまう。

一方、スタータ１２によるエンジン始動を前提とした場合には、スタータ１２によるエンジン始動が、初期始動のみではなく、信号待ちなどの停車中にエンジン２を一旦停止させるアイドリングストップ機構の追加により、信号待ちなどからの発進時にも行われる。そのため、ハイブリッド車両１の初期始動のみにスタータ１２によるエンジン始動が行われる場合よりも、スタータ１２によるエンジン始動回数が増加する。さらに、フリーラン走行時には、エンジン２を停止させていることから、フリーラン走行からハイブリッド走行あるいはＥＶ走行に移行する際に、スタータ１２によるエンジン始動が行われる。そのため、ハイブリッド車両１の停車時から発進時だけにスタータ１２によってエンジン始動を行う場合よりも、ハイブリッド車両１の走行中にもスタータ１２によるエンジン始動がなされる分、スタータ１２によるエンジン始動回数が増加する。その結果、スタータ１２によるエンジン始動を前提とした場合には、上述したようなエンジン始動回数の増加によって、スタータ１２の低寿命化を招いてしまう。

図２は、実施形態に係るハイブリッド車両１が備えるＥＣＵ９によるエンジン始動制御の一例を示すフローチャートである。なお、ハイブリッド車両１の停車時には、クラッチ３が開放（エンジン２とモータ４との間の動力伝達経路に複数のクラッチが設けられている場合には、いずれかのクラッチが開放）しており、エンジン２とモータ４との間における動力伝達経路が切断されているものとする。また、ハイブリッド車両１の停車時から（Ｓ１）、運転者がアクセルペダル１０を踏み込み、モータ４からの駆動力によって駆動輪８を駆動させて、ハイブリッド車両１を発進させる（Ｓ２）。そして、ＥＣＵ９は、アクセル開度センサ１１によって検知されたアクセル開度が、予め設定された所定開度よりも小さいかを判断する（Ｓ３）。

アクセル開度が所定開度以上の場合には（Ｓ３でＮｏ）、クラッチ３が開放した状態のまま（Ｓ１０）、ＥＣＵ９が、スタータ１２によるエンジン始動を実行し（Ｓ１１）、エンジン２への燃料供給制御及び点火制御などを行うことによって、エンジン２が自立回転しエンジン始動に至る（Ｓ９）。

一方、アクセル開度が所定開度未満の場合には（Ｓ３でＹｅｓ）、ＥＣＵ９はバッテリー充電残量が所定量以上あるかを判断する（Ｓ４）。バッテリー充電残量が所定量未満であると判断した場合には（Ｓ４でＮｏ）、クラッチ３が開放した状態のまま（Ｓ１０）、ＥＣＵ９が、スタータ１２によるエンジン始動を実行し（Ｓ１１）、エンジン２への燃料供給制御及び点火制御などを行うことによって、エンジン２が自立回転しエンジン始動に至る（Ｓ９）。

一方、バッテリー充電残量が所定量以上あると判断した場合には（Ｓ４でＹｅｓ）、ＥＣＵ９はクラッチ３を係合（エンジン２とモータ４との間の動力伝達経路に複数のクラッチが設けられている場合には、全てのクラッチを係合）させ、エンジン２とモータ４との間の動力伝達経路を接続する（Ｓ５）。そして、ＥＣＵ９は、モータ４からの駆動力によりエンジン２を回転駆動させ、エンジン２の回転速度（回転数）を次第に増大させる制御、すなわちエンジン２のモータリングを実行し（Ｓ６）、エンジン２の回転状態を確認する（Ｓ７）。ＥＣＵ９は、エンジン回転速度が、予め設定されたエンジン始動許可回転速度を超えるまでエンジンの回転状態を確認し（Ｓ８でＮｏ）、エンジン回転速度がエンジン始動許可回転速度を超えたところで（Ｓ８でＹｅｓ）、エンジン２への燃料供給制御及び点火制御などを行うことによって、エンジン２が自立回転しエンジン始動に至る（Ｓ９）。

以上のように、実施形態に係るハイブリッド車両１においては、発進時におけるアクセル開度が、所定開度未満の場合にはモータ４によるエンジン始動を行い、所定開度以上の場合にはスタータ１２によるエンジン始動を行う。これにより、アクセル開度によらずスタータ１２によってエンジン始動を行う場合よりも、スタータ１２によるエンジン始動回数が減るため、その分、スタータ１２の長寿命化を図ることができる。また、スタータ強化によるコスト上昇を抑えることができる。

また、発進時にアクセル開度が所定開度未満の場合に、モータ４によるエンジン始動を行うときには、クラッチ３を係合してエンジン２のモータリングを実行し、車速とともに徐々にエンジン２の回転速度を持ち上げて、エンジン始動許可回転速度を超えたところでエンジン始動がなされる。そのため、駆動輪８の回転に伴う慣性分でエンジン始動に必要なトルクを低減でき、アクセル開度に対する駆動力を損なわずにエンジン始動を行うことができる。よって、駆動輪８を駆動させるためのモータ出力と、エンジン始動のためのモータ出力とを確保するために、高出力モータを用いる必要がないため、その分、モータ４の小型化を図ることが可能となる。

また、発進時にアクセル開度が所定開度以上の場合には、スタータ１２によるエンジン始動を行うことによって、駆動輪８を回転駆動させるために大きな駆動力が要求されるような場合に、エンジン始動のための駆動力分がモータ出力に上乗せされないため、モータ４の小型化が可能となる。

また、上述したような、ＥＣＵ９によるエンジン始動制御は、図１に示すハイブリッド車両１のような、エンジン２、クラッチ３、モータ４及び変速部５の動力伝達経路上における位置関係によらず実行可能である。

図３は、動力伝達経路上で変速部５とデファレンシャル６との間にモータ４を配置した場合におけるハイブリッド車両１の要部を示すスケルトン図である。図４は、クラッチ３、変速部５、デファレンシャル６を介してエンジン２と動力伝達経路上で接続された駆動軸７Ａとは異なる駆動軸７Ｂと同軸上に、モータ４を配置した場合におけるハイブリッド車両１の要部を示すスケルトン図である。

図３及び図４に示すハイブリッド車両１においては、エンジン２と変速部５との間にエンジン２と変速部５との間における動力伝達経路を断接するクラッチ３が設けられている。なお、ロックアップクラッチを有するトルクコンバータが変速部５に設けられている場合には、エンジン２とモータ４との間における動力伝達経路を断接するためのクラッチとして、クラッチ３を設けずにロックアップクラッチを用いてもよいし、クラッチ３とロックアップクラッチとを併用してもよい。また、図４に示すハイブリッド車両１においては、デファレンシャル６に接続された一対の駆動軸７Ａと、モータ４に接続された一対の駆動軸７Ｂとを、ドライブシャフトなどを介して動力伝達経路上で繋げて、各駆動軸７Ａの軸端部に取り付けられた一対の駆動輪８Ａと、各駆動軸７Ｂの軸端部に取り付けられた一対の駆動輪８Ｂとを駆動させる４輪駆動方式としても良い。

１ハイブリッド車両
２エンジン
３クラッチ
４モータ
５変速部
６デファレンシャル
７駆動軸
７Ａ駆動軸
７Ｂ駆動軸
８駆動輪
８Ａ駆動輪
８Ｂ駆動輪
９ＥＣＵ
１０アクセルペダル
１１アクセル開度センサ
１２スタータ
１３バッテリー

Claims

エンジンとモータとの間における動力伝達経路を断接するためのクラッチと、
前記エンジンの始動に用いられるスタータと、
を備えるハイブリッド車両を制御する車両制御装置であって、
発進時に、アクセル開度が予め設定された所定開度未満の場合には、前記クラッチが係合された状態で、前記モータによる前記エンジンのモータリングを行って該エンジンを始動させ、アクセル開度が前記所定開度以上の場合には、前記クラッチが開放された状態で、前記スタータにより前記エンジンを始動させる制御を実行することを特徴とする車両制御装置。