JP2018154219A - ハイブリッド車両及びその制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】エンジンを停止させたモーター走行により加速している時におけるモータージェネレーターによるエンジン始動に起因するショックの発生と減速との両方を抑制することができるハイブリッド車両及びその制御方法を提供する。【解決手段】モーター走行により加速していて、ＳＯＣ値Ｘが第一充電容量Ｈになった場合は、回転数Ｒが第一変速回転数Ｃになったときに、制御装置７０により、モータークラッチ１５を断状態にしてから、トランスミッション３０を目標変速段に変速する制御を行うと同時に、エンジンクラッチ１４を接状態にして、モータージェネレーター２１によりエンジン１０をクランキングして再始動する制御を行い、変速する制御と再始動する制御との両方の制御が完了した後にモータークラッチ１５を接状態にする構成にした。【選択図】図１

Description

本発明は、ハイブリッド車両及びその制御方法に関する。

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、慣性走行時や制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）。

特開２００２−２３８１０５号公報

このＨＥＶでは、エンジンを停止してモータージェネレーターのみを駆動力とするモーター走行により加速している時に、バッテリーの充電容量が低下するとモータージェネレーターによりエンジンを始動する必要がある。モータージェネレーターをクラッチにより駆動力の伝達経路に接続した状態で、モータージェネレーターによりエンジンを始動しようとすると、モータージェネレーターの回転数が高いことに起因してショックが生じる。一方で、そのショックを抑制するためにモータージェネレーターをクラッチにより駆動力の伝達経路から切り離してからエンジンを始動しようとすると、エンジンの始動のためのクラッチの切り離しと変速のためのクラッチの切り離しとが頻発するおそれがある。クラッチの切り離しによる駆動源の消失はＨＥＶが減速する要因となる。

本発明は上記を鑑みてなされたものであり、その目的は、エンジンを停止させたモーター走行により加速している時におけるモータージェネレーターによるエンジン始動に起因するショックの発生と減速との両方を抑制することができるハイブリッド車両及びその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は、エンジンクラッチを介して接続されたエンジン及びモータージェネレーターと、前記モータージェネレーターにモータークラッチを介してインプットシャフトが接続されたトランスミッションと、前記モータージェネレーターに電気的に接続するバッテリーと、を備えたハイブリット車両において、前記トランスミッションの変速に関する回転数を取得する回転数取得装置と、前記バッテリーの充電容量を取得する充電容量取得装置と、この回転数取得装置、この充電容量取得装置、前記エンジン、前記モータージェネレーター、前記エンジンクラッチ、前記モータークラッチ、及び前記トランスミッションに接続された制御装置とを備え、前記エンジンが停止している一方で前記モータージェネレーターが前記バッテリーからの給電により回転駆動し、かつ前記エンジンクラッチが断状態で前記モータークラッチが接状態であるモーター走行により加速していて、前記充電容量取得装置が取得した前記充電容量が予め設定された第一充電容量になった場合は、前記回転数取得装置が取得した前記回転数が設定した第一変速回転数になったときに、前記制御装置により、前記モータークラッチを断状態にしてから、前記トランスミッションを目標変速段に変速する制御を行うと同時に、前記エンジンクラッチを接状態にして、前記モータージェネレーターにより前記エンジンをクランキングして再始動する制御を行い、前記変速する制御と前記再始動する制御との両方の制御が完了した後に前記モータークラッチを接状態にする構成にしたことを特徴とする。

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制御方法は、エンジンクラッチを介して接続されたエンジン及びモータージェネレーターと、前記モータージェネレーターにモータークラッチを介してインプットシャフトが接続されたトランスミッションと、前記モータージェネレーターに電気的に接続するバッテリーと、を備えたハイブリット車両の制御方法において、前記エンジンが停止している一方で前記モータージェネレーターが前記バッテリーからの給電により回転駆動し、かつ前記エンジンクラッチが断状態で前記モータークラッチが接状態であるモーター走行により加速している場合は、前記バッテリーの充電容量を取得し、取得したその充電容量が予め設定した第一充電容量になったか否かを判定し、前記充電容量が前記第一充電容量になったと判定した場合は、前記トランスミッションの変速に関する回転数が予め設定した第一変速回転数になったときに、前記モータークラッチを断状態にし、前記トランスミッションを目標変速段に変速すると同時に、前記エンジンクラッチを接状態にしてから前記モータージェネレーターにより前記エンジンをクランキングして再始動し、前記トランスミッションの変速と前記エンジンの再始動が完了した後に前記モータークラッチを接状態にすることを特徴とする。

本発明によれば、エンジンを停止させたモーター走行時において、バッテリーの充電状態が低くなりエンジンを再始動する場合には、トランスミッションの変速段を変速するタイミングでエンジンを再始動する。つまり、トランスミッションの変速とエンジンの始動とを同時に行って、トランスミッションを変速する際のモータークラッチを断状態にするタイミングで、モータージェネレーターによりエンジンをクランキングする。それ故、モータージェネレーターの回転数をクランキングに適した回転数にできると共に、駆動源が切り離される頻度を低減することができる。これにより、エンジン始動時のショックの発生とハイブリッド車両の減速との両方を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及びその制御方法の構成図である。 本発明の実施形態からなるハイブリッド車両の制御方法を説明するフロー図である。 図２のＡの続きを説明するフロー図である。 図２のＢの続きを説明するフロー図である。 図３のＣ、図４のＤの続きを説明するフロー図である。 図３のフロー図における時間経過を説明する説明図である。 図４のフロー図における時間経過を説明する説明図である。

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、普通乗用車又はバスやトラックなどの大型自動車であり、エンジン１０、モータージェネレーター２１及びトランスミッション３０と、運転状態に応じて車両を複合的に制御するハイブリッドシステム２０と、ＥＣＵ等からなる制御装置７０とを主に備えている。

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の一端は、エンジンクラッチ１４（例えば、湿式多板クラッチなど）を介してモータージェネレーター２１の回転軸２２の一端に接続されている。

モータージェネレーター２１には、発電運転が可能な永久磁石式の交流同期モーターが用いられている。このモータージェネレーター２１の回転軸２２の他端は、モータークラッチ１５（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３０のインプットシャフト３１に接続されている。このモータージェネレーター２１は、エンジン本体１１を始動するスターターモーター（図示せず）の代わりに、クランキングを行う機能も有している。

トランスミッション３０には、ＨＥＶの運転状態と予め設定されたマップデータとに基づいて決定された目標変速段へ自動的に変速するＡＭＴ又はＡＴが用いられている。このトランスミッション３０における変速操作は、変速段制御装置であるＴＣＭ７１により制御される。変速操作は、ＴＣＭ７１が検出したインプットシャフト３１の回転数（車速に相当）が予め設定された変速回転数Ｃになったときに自動的に開始される。この変速操作の際には、１回の変速ごとにモータークラッチ１５が断接されて、エンジン１０及びモータージェネレーター２１とトランスミッション３０とが切り離され、又は結合される。

トランスミッション３０で変速された回転動力は、アウトプットシャフト３２に接続されたプロペラシャフト３３を通じてデファレンシャル３４に伝達され、後輪である一対の駆動輪３５にそれぞれ駆動力として分配される。

ハイブリッドシステム２０は、モータージェネレーター２１と、そのモータージェネレーター２１に電気的に接続するインバーター２３、高電圧バッテリー２４、ＤＣ／ＤＣコンバーター２５及び低電圧バッテリー２６とを有している。

高電圧バッテリー２４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２６には鉛バッテリーが用いられる。

ＤＣ／ＤＣコンバーター２５は、高電圧バッテリー２４と低電圧バッテリー２６との間における充放電の方向及び出力電圧を制御する機能を有している。また、低電圧バッテリー２６は、各種の車両電装品２７に電力を供給する。

このハイブリッドシステム２０における種々のパラメータ、例えば、電流値、電圧値やＳＯＣなどは、ＢＭＳ２８により検出される。

これらのエンジン１０及びハイブリッドシステム２０は、制御装置７０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２０は高電圧バッテリー２４から電力を供給されたモータージェネレーター２１により駆動力の少なくとも一部をアシストする一方で、慣性走行時や制動・減速時においては、モータージェネレーター２１による回生発電を行い、プロペラシャフト３３等に発生する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２４を充電する。

また、このＨＥＶは、エンジンクラッチ１４を断状態、かつモータークラッチ１５を接状態にすることで、モータージェネレーター２１のみを駆動源とするモーター走行が可能となる。通常、このモーター走行時には、エンジン１０は停止される。

このようなＨＥＶの制御方法を、制御装置７０の機能として図２〜図７に基づいて以下に説明する。なお、制御装置７０は、信号線（一点鎖線で示す）を通じて、エンジン１０、モータージェネレーター２１、ＢＭＳ２８やＴＣＭ７１などの各部と接続している。また、ＴＣＭ７１は、図示しないセンサを用いてトランスミッション３０の変速に関する回転数として、インプットシャフト３１の回転数Ｒを取得している。

以下の制御方法は、ＨＥＶがモーター走行により加速している場合に行われる。モーター走行は、エンジン１０が停止している一方でモータージェネレーター２１が高電圧バッテリー２４からの給電により回転駆動し、かつエンジンクラッチ１４が断状態でモータークラッチ１５が接状態である。なお、加速している場合は、アクセル開度センサ５３で取得したアクセルペダル５０の踏み込み量であるアクセル開度Ａが「ゼロ」よりも大きい状態が維持された場合である。

図２に例示するように、制御装置７０は、ＢＭＳ２８を通じて高電圧バッテリー２４のＳＯＣ値Ｘを取得する（Ｓ１０）。次いで、制御装置７０は、そのＳＯＣ値Ｘを予め設定された第一充電容量Ｈ及び第二充電容量Ｌと比較する（Ｓ２０、Ｓ３０）。再始動充電容量、即時再始動充電容量としては、高電圧バッテリー２４の低下によりモータージェネレーター２１を停止してエンジン１０を始動することが判定可能な値に設定されていればよい。この実施形態では、再始動充電容量と即時再始動充電容量として、第一充電容量Ｈ及び第二充電容量Ｌの二つの値を用いている。これらの第一充電容量Ｈ及び第二充電容量Ｌは、ＨＥＶの仕様により決定される。第一充電容量Ｈは第二充電容量Ｌよりも大きい値に設定される。例えば、第一充電容量Ｈとしては、モーター走行を継続するとＨＥＶのハイブリッドシステム２０が十分に機能する限界を下回るおそれのある値を基に設定される。また、第二充電容量Ｌとしては、モータージェネレーター２１のみでＨＥＶへの要求出力Ｄを賄えないおそれがある値を基に設定される。

制御装置７０は、ＳＯＣ値Ｘが第一充電容量Ｈ以上であるときは、トランスミッション３０においてシフトアップの変速操作要求があるか否かを判定する。具体的に、制御装置７０は、ＴＣＭ７１を通じて検出したインプットシャフト３１の回転数Ｒを予め設定された第一変速回転数Ｃと比較する（Ｓ４０）。第一変速回転数Ｃは、トランスミッション３０の各変速段に対してＨＥＶの速度Ｖとアクセル開度Ａとに基づいて設定されているシフトマップから読み出している。

次いで、制御装置７０は、回転数Ｒが第一変速回転数Ｃ以上であるときに、モータークラッチ１５を断状態にして（Ｓ５０）、ＴＣＭ７１を通じてトランスミッション３０に通常のシフトアップの変速操作を開始させる（Ｓ６０）。そして、制御装置７０は、変速操作の終了後にモータークラッチ１５を接状態にする（Ｓ７０）。

つまり、ＳＯＣ値Ｘが第一充電容量Ｈ以上であるときは、高電圧バッテリー２４から給電して回転駆動させたモータージェネレーター２１によりＨＥＶを駆動するモーター走行を継続する。

図３に例示するように、制御装置７０は、ＳＯＣ値Ｘが第二充電容量Ｌ以上かつ第一充電容量Ｈ未満の範囲であるときは、インプットシャフト３１の回転数Ｒが第一変速回転数Ｃ以上であるときに（Ｓ１１０）、モータークラッチ１５を断状態にする（Ｓ１２０）。

次いで、制御装置７０は、並列処理にて変速する制御と再始動する制御とを同時に処理する。具体的に、制御装置７０は、ＴＣＭ７１を通じてトランスミッション３０に通常のシフトアップの変速操作を開始させる（Ｓ１３０）。それと同時に、制御装置７０は、エ
ンジンクラッチ１４を接状態にして（Ｓ１４０）、高電圧バッテリー２４から給電して回転駆動させたモータージェネレーター２１を用いて、エンジン本体１１をクランキングしてエンジン１０を再始動する（Ｓ１５０）。

なお、モータージェネレーター２１によりエンジン本体１１をクランキングしてエンジン１０を再始動する場合に、モータージェネレーター２１の回転数をエンジンクラッチ１４を接状態にする前に低くすることが好ましく、一旦「ゼロ」にすることがより好ましい。このように、モータージェネレーター２１によりエンジン１０を再始動する場合は、エンジン１０を再始動する前にモータージェネレーター２１の回転数を低くすることで、エンジン再始動時のショックの低減には有利になる。

そして、制御装置７０は、変速操作及びエンジン１０の再始動の両方の終了後にモータークラッチ１５を接状態にする（Ｓ１６０）。

図２に例示するように、制御装置７０は、ＳＯＣ値Ｘが第二充電容量Ｌ未満であるときは、第一変速回転数Ｃよりも低い第二変速回転数Ｂを設定する（Ｓ１７０）。第二変速回転数Ｂは、第一変速回転数Ｃよりも低い回転数に設定される。

図４に例示するように、制御装置７０は、インプットシャフト３１の回転数Ｒが第二変速回転数Ｂ以上であるときに（Ｓ１８０）、モータークラッチ１５を断状態にする（Ｓ１２０）。

次いで、制御装置７０は、並列処理にて変速する制御と再始動する制御とを同時に処理する。具体的に、制御装置７０は、ＴＣＭ７１を通じてトランスミッション３０にシフトアップの変速操作を早期のタイミングで開始させる（Ｓ１３０）。それと同時に、制御装置７０は、エンジンクラッチ１４を接状態にして（Ｓ１４０）、高電圧バッテリー２４から給電して回転駆動させたモータージェネレーター２１を用いて、エンジン本体１１をクランキングしてエンジン１０を再始動する（Ｓ１５０）。

そして、制御装置７０は、変速操作及びエンジン１０の再始動の両方の終了後にモータークラッチ１５を接状態にする（Ｓ１６０）。

図５に例示するように、制御装置７０は、ＨＥＶに対するドライバーの要求出力Ｄと、その時点でのエンジン１０の最大出力値Ｅとを比較して（Ｓ２１０）、要求出力Ｄが最大出力値Ｅ以下である場合には、モータージェネレーター２１を停止して（Ｓ２２０）、エンジン１０のみでＨＥＶを駆動する。一方、要求出力Ｄが最大出力値Ｅ超である場合には、一時的にモータージェネレーター２１を用いて（Ｓ２３０）、最大出力値Ｅを補完するようにＨＥＶを更に駆動する。

要求出力Ｄは、ＨＥＶの速度Ｖとアクセル開度Ａとに基づいている。エンジン１０の再始動後のモータージェネレーター２１の出力値Ｍは、要求出力Ｄと最大出力値Ｅとの差分であればよい。例えば、最大出力値Ｅが徐々に大きくなる場合に、出力値Ｍを除々に小さくしてもよい。

図６に例示するように、制御装置７０は、時間ｔ１でＳＯＣ値Ｘが第一充電容量Ｈを下回ったときに、直ぐにエンジン１０の再始動を行わない。制御装置７０は、エンジン１０の再始動を、時間ｔ１から、回転数Ｒが変速回転数Ｃ以上になりトランスミッション３０における変速操作のためのモータークラッチ１５を断状態にする時間ｔ２までの間で禁止する。時間ｔ２でモータークラッチ１５を断状態にしてからトランスミッション３０の変速操作と同時にエンジンクラッチ１４を接状態にしてモータージェネレーター２１により
エンジン１０のクランキングを開始する。時間ｔ３でトランスミッション３０の変速操作とエンジン１０の再始動が完了してモータークラッチ１５を接状態にする。時間ｔ３の時点で、要求出力Ｄがエンジン１０の最大出力値Ｅ以下になり、モータージェネレーター２１を停止して、モーター走行からエンジン走行への切り替えが完了する。

図７に例示するように、制御装置７０は、時間ｔ１でＳＯＣ値Ｘが第二充電容量Ｌを下回ったときに、第一変速回転数Ｃよりも低い回転数の第二変速回転数Ｂを設定する。回転数Ｒが第一変速回転数Ｃ以上になる時間ｔ２よりも早い時間t４で回転数Ｒが第二変速回転数Ｂ以上になる。時間ｔ４でモータークラッチ１５を断状態にしてからトランスミッション３０の変速操作と同時にエンジンクラッチ１４を接状態にしてモータージェネレーター２１によりエンジン１０のクランキングを開始する。時間ｔ５でトランスミッション３０の変速操作とエンジン１０の再始動が完了してモータークラッチ１５を接状態にする。時間ｔ５の時点で、要求出力Ｄがエンジン１０の最大出力値Ｅよりも大きく、モータージェネレーター２１を用いてその不足分を補完する。時間ｔ６でエンジン１０により要求出力Ｄを賄うことが可能になり、モータージェネレーター２１を停止して、モーター走行からエンジン走行への切り替えが完了する。

このように、エンジン１０を停止させたモーター走行時において、高電圧バッテリー２４の充電状態が低くなりエンジン１０を再始動する場合には、トランスミッション３０の変速段を変速するタイミングでエンジン１０を再始動する。つまり、トランスミッション３０の変速とエンジン１０の始動とを同時に行って、トランスミッション３０を変速する際のモータークラッチ１５を断状態にするタイミングで、モータージェネレーター２１によりエンジン１０をクランキングする。それ故、モータージェネレーター２１の回転数をクランキングに適した回転数にできると共に、モータークラッチ１５が切り離される頻度を低減することができる。これにより、モーター走行におけるエンジン始動時のショックの発生とＨＥＶの減速との両方を抑制することができる。

また、高電圧バッテリー２４のＳＯＣを二段階に分けて判定することで、早期にモーター走行からエンジン走行へ切り替えが必要な場合を特定することができる。そして、早期にモーター走行からエンジン走行への切り替えが必要な場合は、トランスミッション３０での変速操作を通常よりも早いタイミングで開始するようにしたので、高電圧バッテリー２４の過放電を抑制しつつ、エンジン１０の再始動に起因するショックの発生を抑制することができるのである。

また、再始動したエンジン１０により要求出力Ｄを賄えない場合には、モータージェネレーター２１を用いて不足分を補完するようにしたので、変速する制御と再始動する制御との両方の制御の完了後にモータークラッチ１５を接状態にしたときのショックの発生を更に抑制することができる。

特に、モーター走行からエンジン走行への切り替えの際のエンジン１０の再始動をトランスミッション３０の変速操作の最中に行うことで、短時間のエンジン１０の再始動における出力不足の解消には有利になる。

既述した実施形態で、トランスミッション３０の変速に関する回転数としてインプットシャフト３１の回転数Ｒを例示した。この変速に関する回転数としては、ＨＥＶの速度なども例示できる。従って、回転数取得装置としては、ＨＥＶの速度を取得する装置を用いてもよい。

第二変速回転数Ｂは、シフトマップなどにより変速段ごとに設定された第一変速回転数Ｃよりも低い回転数であればよく、例えば、モーター走行により加速している場合は、Ｓ
ＯＣ値Ｘが第二充電容量Ｌを下回ったときの回転数に設定してもよい。つまり、ＳＯＣ値Ｘが第二充電容量Ｌを下回ったときに、変速する制御と再始動する制御とが行われてもよい。

１０ エンジン
１４ エンジンクラッチ
１５ モータークラッチ
２０ ハイブリッドシステム
２１ モータージェネレーター
２４ 高電圧バッテリー
２８ ＢＭＳ
３０ トランスミッション
７０ 制御装置
７１ ＴＣＭ

Claims (4)

1. エンジンクラッチを介して接続されたエンジン及びモータージェネレーターと、前記モータージェネレーターにモータークラッチを介してインプットシャフトが接続されたトランスミッションと、前記モータージェネレーターに電気的に接続するバッテリーと、を備えたハイブリット車両において、
   前記トランスミッションの変速に関する回転数を取得する回転数取得装置と、前記バッテリーの充電容量を取得する充電容量取得装置と、この回転数取得装置、この充電容量取得装置、前記エンジン、前記モータージェネレーター、前記エンジンクラッチ、前記モータークラッチ、及び前記トランスミッションに接続された制御装置とを備え、
   前記エンジンが停止している一方で前記モータージェネレーターが前記バッテリーからの給電により回転駆動し、かつ前記エンジンクラッチが断状態で前記モータークラッチが接状態であるモーター走行により加速していて、前記充電容量取得装置が取得した前記充電容量が予め設定された第一充電容量になった場合は、
   前記回転数取得装置が取得した前記回転数が設定した第一変速回転数になったときに、前記制御装置により、前記モータークラッチを断状態にしてから、前記トランスミッションを目標変速段に変速する制御を行うと同時に、前記エンジンクラッチを接状態にして、前記モータージェネレーターにより前記エンジンをクランキングして再始動する制御を行い、前記変速する制御と前記再始動する制御との両方の制御が完了した後に前記モータークラッチを接状態にする構成にしたことを特徴とするハイブリッド車両。
2. 前記充電容量が前記第一充電容量よりも低い第二充電容量になった場合は、前記制御装置により、前記第一変速回転数よりも低い第二変速回転数を設定し、前記回転数が設定したその第二変速回転数になったときに、前記モータークラッチを断状態にしてから、前記変速する制御と前記再始動する制御との両方の制御を行う構成にした請求項１に記載のハイブリッド車両。
3. 前記変速する制御と前記再始動する制御との両方の制御が完了した後に前記モータークラッチを接状態したときの前記エンジンの出力が当該ハイブリット車両に要求された要求出力未満のときは、前記制御装置により、前記エンジンの出力と前記要求出力との差分を前記モータージェネレーターの出力で補完する構成にした請求項１又は２に記載のハイブリッド車両。
4. エンジンクラッチを介して接続されたエンジン及びモータージェネレーターと、前記モータージェネレーターにモータークラッチを介してインプットシャフトが接続されたトランスミッションと、前記モータージェネレーターに電気的に接続するバッテリーと、を備えたハイブリット車両の制御方法において、
   前記エンジンが停止している一方で前記モータージェネレーターが前記バッテリーからの給電により回転駆動し、かつ前記エンジンクラッチが断状態で前記モータークラッチが接状態であるモーター走行により加速している場合は、
   前記バッテリーの充電容量を取得し、
   取得したその充電容量が予め設定した再始動充電容量になったか否かを判定し、
   前記充電容量が前記再始動充電容量になったと判定した場合は、前記トランスミッションの変速に関する回転数が予め設定した変速回転数になったときに、前記モータークラッチを断状態にし、
   前記トランスミッションを目標変速段に変速すると同時に、前記エンジンクラッチを接状態にしてから前記モータージェネレーターにより前記エンジンをクランキングして再始動し、
   前記トランスミッションの変速と前記エンジンの再始動が完了した後に前記モータークラッチを接状態にすることを特徴とするハイブリット車両の制御方法。