JP2018203080A - ハイブリッド車両及びその制御方法 - Google Patents

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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、キックダウン操作が行われた場合に、SOC値Xがアシスト可能充電容量L以上のときは、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を現在の変速段に維持しながらエンジンクラッチ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してからモータークラッチ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。
特に、モーター走行中でモータージェネレーターの充電容量が低下している場合に、運転者がキックダウン操作を行ったときは、モーター走行を継続しながらキックダウン操作によるトランスミッションのシフトダウンが行われた後に、モーター走行からエンジン走行に切り替えるためのエンジンの再始動が行われることになり、クラッチの切り離しが頻発する。
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シフトダウンを要求するキックダウン操作を取得するキックダウン取得装置と、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、このキックダウン取得装置、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、前記キックダウン取得装置が前記キックダウン操作を取得した場合は、前記充電容量取得装置が取得した前記充電容量に基づいて、前記制御装置により、その充電容量が予め設定されたアシスト可能充電容量以上のときに、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における現在の変速段を維持しながら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してから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アシスト可能充電容量以上か否かを判定し、前記充電容量が前記アシスト可能充電容量以上と判定した場合は、前記トランスミッションのシフトダウンを要求するキックダウン操作が行われたときに、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における現在の変速段を維持しつつ、前記エンジンクラッチを接状態にし、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、前記エンジンが再始動した後に、前記モータークラッチを切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、運転者がキックダウン操作を行った場合には、バッテリーの充電状態がモータージェネレーターにより駆動力のアシストが可能なときに、トランスミッションの現在の変速段を維持しつつエンジンを再始動する。つまり、キックダウン操作により本来であれば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。また、キックダウン操作により高くなった要求出力をトランスミッションの変速段をシフトダウンさせずにエンジンの出力、あるいはエンジンとモータージェネレーターとの両方の出力で賄う。
それ故、本発明によれば、モーター走行中のエンジンの再始動時に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するには有利になり、エンジンの再始動時のショックの発生を抑制することができる。また、駆動源が切り離される頻度を低減するには有利になり、駆動源が切り離されることで生じるハイブリッド車両の減速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6の時間t3から時間t4における要求出力、エンジンの最大出力値、モータージェネレーターの出力値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6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を予め設定されたアシスト可能充電容量Lと比較する(S20)。アシスト可能充電容量Lとしては、高電圧バッテリー24からの電力供給によりモータージェネレーター21を駆動して、モータージェネレーター21により駆動力をアシスト可能な値に設定されていればよい。例えば、アシスト可能充電容量Lとしては、後述するキックダウン操作による要求出力Dとエンジン10の始動後の出力Eとの差分をモータージェネレーター21を駆動することで補うことが可能な値を基に設定される。
図3に例示するように、制御装置70は、SOC値Xがアシスト可能充電容量L以上であるときは(S20:YES)、TCM71を通じて検出したキックダウンスイッチ54がオンになったか否かでキックダウン操作を判定する(S100)。この実施形態で、アクセル開度センサ53とキックダウンスイッチ54とを別々に設けたが、アクセル開度センサ53がキックダウンスイッチ54の機能を有していてもよく、アクセル開度Aが100%の近傍になったときに運転者がキックダウン操作を行ったとしてもよい。
次いで、制御装置70は、キックダウンスイッチ51がオンになったときに(S100:YES)、モータークラッチ15を断状態にする(S110)。
次いで、制御装置70は、並列処理にて変速段を維持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にトランスミッション30の変速操作を禁止する指示を出す(S120)。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(S130)、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(S140)。
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(S150)。
図4に例示するように、制御装置70は、SOC値Xがアシスト可能充電容量L未満であるときは(S20:NO)、キックダウン操作が行われたときに(S100:YES)、モータークラッチ15を断状態にする(S110)。
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にシフトダウンの変速操作を開始させる(S60)。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(S130)、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(S140)。
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(S150)。
図5に例示するように、制御装置70は、キックダウン操作に基づいて、トランスミッション30を現在の変速段に維持しつつエンジン10を再始動すると、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とを比較する(S210)。制御装置70は、要求出力Dが最大出力値E以下である場合には(S210:YES)、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(S210:NO)、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。
キックダウン操作が行われたときの要求出力Dは、HEVの速度Vとアクセル開度Aとトランスミッション30の現在の変速段から一つ低い変速段の変速比とに基づいている。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が再始動充電容量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。再始動充電容量H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Hとアシスト可能充電容量Lとしては、HEVの仕様により決定されており、再始動充電容量Hはアシスト可能充電容量Lよりも大きい値に設定される。
制御装置70は、エンジン10の再始動を、時間t1から、運転者によるキックダウン
操作が行われる時間t2までの間で禁止する。なお、モーター走行により加速している場合であり、仮にSOC値Xがアシスト可能充電容量Lを下回るまでに運転者によるキックダウン操作が行われない場合があったとしても、その場合には、トランスミッション30の変速段をシフトアップする機会が訪れることになる。従って、キックダウン操作が行われない場合に、エンジン10の再始動をトランスミッション30の変速段のシフトアップに合わせて行うことが可能であり、SOC値Xがアシスト可能充電容量Lを大きく下回ることは回避可能である。
時間t2でモータークラッチ15を断状態にしてから、シフトダウンをせずにトランスミッション30の現在の変速段を維持しつつ、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。特に、キックダウン操作が行われた場合に、トランスミッション30をシフトダウンさせない分、再始動直後のエンジン10の最大出力値Eを超える頻度は多くなる。これに関して、モータージェネレーター21による不足分をアシストすることで、トランスミッション30をシフトダウンさせずにキックダウン操作により要求された要求出力Dを満たすことが可能になる。
時間t4で、エンジン10及びモータージェネレーター21の両方の出力によるキックダウンと同等の加速によって、エンジン10の回転数が上昇し、エンジン10により要求出力Dを賄うことが可能になる。このときに、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、モーター走行時におけるモータージェネレーター21の出力値Mは、回転数が変わっても変化しない。そこで、モーター走行時に運転者によりキックダウン操作が行われた場合は、エンジン10の再始動が必要になる。時間t3の時点で、エンジン回転数が低いことから要求出力Dに対してエンジン10の最大出力Eは低くなる。この要求出力Dの不足分をモータージェネレーター21の出力値Mで補っている。キックダウン操作に応じたキックダウン加速によりエンジン回転数が上昇すると、時間t4の時点で要求出力Dをエンジン10の最大出力値Eで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、運転者がキックダウン操作を行った場合に、高電圧バッテリー24の充電状態がモータージェネレーター21により駆動力のアシストが可能なときに、トランスミッション30の現在の変速段を維持しつつエンジン10を再始動する。つまり、キックダウン操作により本来であれば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。また、キックダウン操作により高くなった要求出力Dをトランスミッション30の変速段をシフトダウンさせずにエンジン10の出力、あるいはエンジン10とモータージェネレーター21との両方の出力で賄う。
それ故、本発明によれば、モーター走行中のエンジン10の再始動時に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するには有利になり、エンジン10の再始動時のショックの発生を抑制することができる。また、駆動源が切り離される頻度を低減するには有利になり、駆動源が切り離されることで生じるハイブリッド車両の減速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、キックダウン操作が行われたときに、トランスミッション30のシフトダウンとエンジン10の再始動時とを同じタイミングで開始するようにした。これにより、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、キックダウン操作により高めに設定された要求出力Dを再始動したエンジン10により賄えない場合には、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。つまり、キックダウン操作による急加速を、トランスミッション30をシフトダウンさせずに、エンジン10及びモータージェネレーター21の両方の出力により実現する。これにより、運転者にキックダウン操作に反してトランスミッション30のシフトダウンが行われていないことを気づかせずに、違和感を与えることを回避するには有利になる。
加えて、キックダウン操作が行われたときに、エンジン10を再始動する場合に、トランスミッション30を現在の変速段に維持はするが、モータークラッチ15を断接する構成にした。それ故、キックダウン操作によるトランスミッション30のシフトダウンが行われたような操作感を運転者に与えるには有利になる。
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
54 キックダウンスイッチ
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シフトダウンを要求するキックダウン操作を取得するキックダウン取得装置と、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、このキックダウン取得装置、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、前記キックダウン取得装置が前記キックダウン操作を取得した場合は、
    前記充電容量取得装置が取得した前記充電容量に基づいて、前記制御装置により、その充電容量が予め設定されたアシスト可能充電容量以上のときに、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における現在の変速段を維持しながら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してから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. 前記再始動する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前記キックダウン操作に基づいた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に記載のハイブリッド車両。
  3. 前記要求出力が前記エンジンの出力以下になったときには、前記制御装置により、前記モータージェネレーターを停止する構成にした請求項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アシスト可能充電容量以上か否かを判定し、
    前記充電容量が前記アシスト可能充電容量以上と判定した場合は、前記トランスミッションのシフトダウンを要求するキックダウン操作が行われたときに、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における現在の変速段を維持しつつ、前記エンジンクラッチを接状態にし、
    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、
    前記エンジンが再始動した後に、前記モータークラッチを切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。
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