JP2019135111A - ハイブリッド車両の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】シリーズ走行モードからパラレル走行モードへの切り替え時に駆動力が低下することを抑制できるハイブリッド車両の制御装置を提供する。【解決手段】シリーズ走行モードからパラレル走行モードへの切り替えの要求を判定し、シリーズ走行モードからパラレル走行モードへの切り替えの要求が判定された場合に、シリーズ走行モードとパラレル走行モードとの切り替えを行う係合機構を係合状態に切り替た場合のエンジン回転数が、係合機構を係合状態に切り替える以前のエンジン回転数よりも高回転数(Ne2)となる自動変速機構の目標変速段(N-1)を定めるように構成されている。【選択図】図２

Description

この発明は、エンジンの動力を発電機により電力に変換し、その変換された電力をモータに供給して走行するモードと、エンジンの出力トルクを駆動輪に伝達して走行するモードとを切り替えることができるハイブリッド車両の制御装置に関するものである。

特許文献１には、エンジンと、エンジンに連結された発電機と、発電機の出力軸にクラッチを介して連結されたモータと、モータの出力軸に連結された変速機構とを備え、クラッチを解放状態としたシリーズ走行モードと、クラッチを係合状態としたパラレル走行モードとを設定することができるハイブリッド車両が記載されている。特許文献１に記載された制御装置は、シリーズ走行モードでは、エンジン回転数をモータの回転数以上に維持し、モータの回転数がエンジン回転数よりも小さい所定の回転数以上となることによりパラレル走行モードに切り替えるように構成されている。そのような走行モードの切り替え時におけるクラッチの耐久性の低下やショックを抑制するために、特許文献１に記載された制御装置は、クラッチの入力回転数と出力回転数との差が所定値以下になるように発電機によりエンジン回転数（すなわち、クラッチの入力回転数）を低下させ、その後に、クラッチを係合するように構成されている。なお、シリーズ走行モードからパラレル走行モードへの切り替え時には、スロットル開度を一定に保つように構成されている。

特開２００７−１６８５５１号公報

特許文献１に記載されたハイブリッド車両の制御装置は、スロットル開度を一定に保った状態で発電機によりエンジン回転数を低下させてシリーズ走行モードからパラレル走行モードに切り替えるように構成されているため、走行モードの切り替え過渡期には、エンジン回転数の低下に伴ってエンジントルクが増大する。したがって、シリーズ走行モードからパラレル走行モードへの切り替え過渡期におけるエンジンの下限回転数は、エンジンの出力（パワー）と、発電機の最大トルクに応じた回転数となる。そのため、エンジンから比較的大きなパワーを出力している場合には、発電機により充分にエンジン回転数を低下させることができず、クラッチの差回転数を許容回転数以下にすることができない場合がある。そのような場合に、エンジンの出力を低下させるとすれば、それに伴って発電機により変換される電力も低下することになるため、モータに充分な電力を供給することができず、駆動力が一時的に低下する可能性がある。

この発明は上記の技術的課題に着目してなされたものであって、シリーズ走行モードからパラレル走行モードへの切り替え時に駆動力が低下することを抑制できるハイブリッド車両の制御装置を提供することを目的とするものである。

上記の目的を達成するために、この発明は、エンジンと、前記エンジンの出力軸に連結され前記エンジンの動力を電力に変換可能な発電機と、前記エンジンと駆動輪とのトルクの伝達を遮断可能な係合機構と、前記発電機により発電された電力が供給されて駆動するモータと、前記係合機構の出力回転数と前記駆動輪の回転数との比を変更可能な有段式の自動変速機構とを備え、前記係合機構を解放状態とするとともに、前記エンジンの動力を前記発電機により電力に変換し、前記変換された電力が供給されて前記モータから駆動トルクを出力する第１走行モードと、前記係合機構を係合状態とすることにより、前記エンジンの動力により走行できる第２走行モードとを切り替え可能なハイブリッド車両の制御装置において、前記自動変速機構を制御するコントローラを備え、前記コントローラは、前記第１走行モードから前記第２走行モードへの切り替えの要求を判定し、前記第１走行モードから前記第２走行モードへの切り替えの要求が判定された場合に、前記係合機構を係合状態に切り替えた後のエンジン回転数が、前記係合機構を係合状態に切り替える以前の前記エンジン回転数よりも高回転数となる前記自動変速機構の目標変速段を定めるように構成されていることを特徴とするものである。

この発明においては、第１走行モードから第２走行モードへの切り替えの要求が判定された場合に、係合機構を係合状態に切り替えた後のエンジン回転数が、係合機構を係合状態に切り替える以前のエンジン回転数よりも高回転数となる自動変速機構の目標変速段を定めるように構成されている。したがって、エンジンの出力および発電機により発電される電力を一定に保ちつつ、第１走行モードから第２走行モードに切り替えた場合におけるエンジン回転数に、現状のエンジン回転数を制御させることができる。すなわち、駆動力を維持したまま第１走行モードから第２走行モードに切り替えることができる。

この発明の実施形態におけるハイブリッド車両の一例を説明するための模式図である。 駆動力が低下することを抑制するために採り得る変速段を説明するための図である。 この発明の実施形態の制御例を実行した場合におけるエンジン回転数、エンジントルク、発進クラッチの伝達トルク、および駆動力の変化を説明するためのタイムチャートである。

この発明に係るハイブリッド車両は、エンジンの動力を発電機により電力に変換し、その変換された電力をモータに供給することにより、モータから駆動トルクを出力して走行する第１走行モードと、エンジンの動力を駆動輪に伝達して走行する第２走行モードとを設定することができるように構成されている。なお、第２走行モードでは、必要に応じてモータから動力を加算して走行するように構成してもよい。

そして、第１走行モードでの燃費を低減するために、係合機構が設けられている。具体的には、係合機構を解放することにより、エンジンおよび発電機と、駆動輪とのトルクの伝達を遮断し、エンジンの回転数を発電機で制御することにより、エンジンの運転点を燃費が良好な運転点に制御できるように構成されている。

一方、第２走行モードでは、エンジンと駆動輪とがトルク伝達可能に連結されることから、第２走行モードでのエンジンの燃費を良好にするなどのために、自動変速機が設けられている。この発明では、自動変速機は、変速比をステップ的に変更する有段式の自動変速機により構成されている。

上述したように第１走行モードでは、発電機により発電された電力をモータに供給して走行でき、第２走行モードでは、エンジンから駆動輪にトルクを伝達して走行できればよい。したがって、例えば、エンジンと後輪とが自動変速機を介して連結され、かつモータと前輪とが連結されたハイブリッド車両であってもよく、エンジンが自動変速機を介して連結される車輪と、モータが連結される車輪とが同一のものであってもよい。

上記のように第１走行モードと第２走行モードとを設定することができるハイブリッド車両の一例を図１に示している。図１に示すハイブリッド車両Ｖｅでは、駆動力源となるエンジン１を備えている。このエンジン１は、従来知られているものと同様に構成されており、エンジン１への吸入空気量を制御する電子スロットルバルブや、空気と燃料との混合気を着火させるための点火装置などが設けられており、要求駆動力や車速などに応じて、電子スロットルバルブの開度や点火装置の点火時期などを制御するように構成されている。このように電子スロットルバルブの開度や点火装置の点火時期などを制御することにより、エンジン１の出力が制御される。

エンジン１の出力軸２には、発電機能を有する発電用モータ３が連結されている。この発電用モータ３は、この発明の実施形態における「発電機」に相当するものであり、例えば、永久磁石式の同期モータを採用することができる。同期モータを発電用モータ３として備えた場合には、エンジン１の出力軸２にロータを取り付け、そのロータの外周を囲うようにステータを設ければよい。なお、発電用モータ３は、駆動用のトルクを出力することができるものに限らず、発電機能のみを有するものであってもよい。また、エンジン１の出力軸２と発電用モータ３との間に、エンジン１のトルクの変動（脈動）を低減するためのダンパや、従来知られているトルクコンバータなどを設けていてもよい。

発電用モータ３の出力軸４（または、エンジン１の出力軸２のうち発電用モータ３から延出した部分）には、この発明の実施形態における「自動変速機」に相当する有段式の変速機構５が連結されている。この変速機構５は、複数の係合機構を備え、複数の係合機構のうち所定の係合機構を選択的に係合することにより、適宜変速段を設定できるように構成されている。より具体的には、変速段を設定する際に二つ以上の係合機構を係合するように構成されている。したがって、例えば、二つの係合機構を係合することにより、所定の変速段を設定するように変速機構５が構成されている場合には、それらの係合機構のうちの一方を解放状態とすることにより、変速機構５は、いわゆるニュートラル状態となり、エンジン１の出力軸２から変速機構５の出力軸６へのトルクの伝達を遮断することができる。

これらの係合機構としては、噛み合い式の係合機構であってもよく、摩擦式の係合機構であってもよい。また、係合機構の係合状態を制御するアクチュエータとしては、油圧アクチュエータや電磁アクチュエータであってよい。さらに、変速機構５が、例えば、複数の遊星歯車機構により構成されている場合には、互いに相対回転する二つの回転要素を連結するクラッチ機構に加えて、一つの回転要素と固定部とを連結するブレーキ機構であってもよい。なお、以下の説明では、ニュートラル状態とするために解放される係合機構を、便宜上、発進クラッチ７と記し、またその発進クラッチ７が摩擦式の係合機構により構成されているものとする。すなわち、発進クラッチ７は、設定する変速段に応じて異なる係合機構と成り得る。この発進クラッチ７が、この発明の実施形態における「係合機構」に相当する。

その変速機構５の出力軸６には、駆動用モータ８が連結されている。この駆動用モータ８は、この発明の実施形態における「モータ」に相当するものであり、発電用モータ３と同様に、例えば、永久磁石式の同期モータを採用することができる。その場合、変速機構５の出力軸６にロータを取り付け、そのロータの外周を囲うようにステータを設ければよい。そして、駆動用モータ８の出力軸９（または、変速機構５の出力軸６のうち駆動用モータ８から延出した部分）に、デファレンシャルギヤユニット１０が連結され、そのデファレンシャルギヤユニット１０を介して、駆動輪１１が連結されている。

さらに、発電用モータ３と駆動用モータ８とに電気的に接続された蓄電装置１２が設けられている。この蓄電装置１２は、発電用モータ３や駆動用モータ８により発電された電力を充電可能であり、また充電された電力を駆動用モータ８に供給することができるように構成されている。なお、蓄電装置１２は、例えば、エンジン１をクランキングするためなど必要に応じて発電用モータ３に電力を供給してよい。なおまた、蓄電装置１２は、いわゆる外部電源から電力を供給して充電するように構成されていてもよい。

また、発電用モータ３で発電された電力は、蓄電装置１２を介することなく、駆動用モータ８に供給することができるように構成されている。すなわち、エンジン１から動力を出力し、その動力の少なくとも一部を発電用モータ３で電力に変換し、その変換された電力をそのまま駆動用モータ８に供給することができるように構成されている。

上記のエンジン１、各モータ３，８、発進クラッチ７、変速機構５を制御するための電子制御装置（以下、ＥＣＵと記す）１３が設けられている。このＥＣＵ１３は、この発明の実施形態における「コントローラ」に相当するものであって、従来知られているものと同様に、マイクロコンピュータを主体として構成されている。このＥＣＵ１３は、ハイブリッド車両Ｖｅに設けられた種々のセンサから信号が入力され、その入力された信号と、予め記憶されているマップや演算式などとから、エンジン１、各モータ３，８、発進クラッチ７、変速機構５を制御するための指示信号を出力するように構成されている。

このＥＣＵ１３は、例えば、要求駆動力が比較的小さく、また低車速の運転状態では、この発明の実施形態における「第１走行モード」に相当するシリーズ走行モードを設定するように構成されている。すなわち、発進クラッチ７を解放する。このシリーズ走行モードが設定されている場合には、運転者のアクセル操作量などに応じた要求駆動力と車速とから、ハイブリッド車両Ｖｅに要求される動力を求め、その求められた動力をエンジン１から出力するように制御される。また、エンジン１から出力された動力を全て電力に変換するように発電用モータ３による回生トルクが制御される。その場合、エンジン１の燃費が良好なエンジン回転数となるように、発電用モータ３の回生トルクと回転数とが制御される。そして、発電用モータ３により発電された電力を駆動用モータ８に供給し、駆動用モータ８から駆動トルクを出力して走行する。したがって、駆動用モータ８の特性に応じた最大駆動トルクの範囲でシリーズ走行モードを設定することができる。

一方、ＥＣＵ１３は、要求駆動力が比較的大きく、また高車速の運転状態など、駆動用モータ８の最大駆動トルクのみで充足できない運転状態の場合などでは、この発明の実施形態における「第２走行モード」に相当するパラレル走行モードを設定するように構成されている。すなわち、発進クラッチ７を係合する。このパラレル走行モードでは、上記シリーズ走行モードと同様に要求駆動力と車速とに基づいてエンジン１から動力を出力する。その際のエンジン１の運転点を、例えば、燃費が良好な運転点とするために変速機構５の変速段が制御される。なお、パラレル走行モードでは、必要に応じて駆動用モータ８から駆動トルクを出力してもよい。

上述したようにシリーズ走行モードは、発電用モータ３によりエンジン回転数を制御するため、エンジン回転数は連続的に変化させることができる。それに対して、パラレル走行モードは、変速機構５が有段式の変速機構であるため、エンジン回転数はステップ的に変化する。したがって、シリーズ走行モードからパラレル走行モードに切り替える場合には、パラレル走行モードへの切り替え前のエンジン回転数と、パラレル走行モードに切り替えた後のエンジン回転数（以下、同期回転数と記す）が乖離する場合があり、その場合、エンジン回転数が急激に変化し、エンジン１のイナーシャトルクに応じて駆動力が急激に変化する可能性がある。そのため、この発明の実施形態における制御装置は、シリーズ走行モードからパラレル走行モードへの切り替えの要求がある場合には、エンジン回転数を同期回転数に制御し、その後、発進クラッチ７を係合するように構成されている。

一方、シリーズ走行モードは、上述したようにハイブリッド車両Ｖｅに要求される動力をエンジン１から出力しているため、例えば、同期回転数が現状のエンジン回転数よりも低回転数の場合には、エンジン回転数を低減させるために、発電用モータ３の回生トルクを増大させることになる。その場合、エンジン回転数の低下に伴ってエンジン１の出力トルクが増大する。したがって、エンジン１の下限回転数は、エンジン１の出力トルクと発電用モータ３の最大トルクとが釣り合う回転数となる。そのため、同期回転数が、上記エンジン１の下限回転数よりも低回転数の場合には、エンジン回転数を同期回転数に一致させるために、エンジン１の出力（パワー）を低下させることになり、発電用モータ３により発電される電力が低下する。つまり、駆動力を維持するためには、蓄電装置１２からも駆動用モータ８に電力を供給する必要がある。一方、蓄電装置１２は、温度や充電残量などに応じて出力可能な電力が制限される場合がある。そのため、シリーズ走行モードからパラレル走行モードに切り替える場合に、エンジン１の出力を低下させると、駆動力が一時的に低下してショックが生じる可能性がある。

そのため、この発明の実施形態における制御装置は、シリーズ走行モードからパラレル走行モードに切り替える要求がある場合には、まず、現状のエンジン回転数よりも同期回転数が高回転数となるように変速機構５の目標変速段を定めるように構成されている。具体的には、現状のエンジン回転数よりも高回転数となる目標変速段を車速に基づいて定め、その目標変速段を設定する係合機構のうちのいずれか一つの係合機構を発進クラッチ７として解放状態とし、他の係合機構を係合状態とする。そのような変速制御と並行して、目標変速段を設定した場合におけるエンジン回転数（同期回転数）を求め、エンジン回転数が同期回転数となるように発電用モータ３によりエンジン回転数を上昇させる。そして、その後、発進クラッチ７を係合する。

その制御例を図２を参照して説明する。図２に示す例では、シリーズ走行モードを設定している際のエンジン１の運転点Ａは、実線で示す最適燃費線Ｂと、破線で示す等パワー線Ｃとの交点となっている。なお、この等パワー線は、ハイブリッド車両Ｖｅに要求される動力と同等の値のパワーを示す線である。

また、現状の車速と変速機構５の変速段とから設定することができるパラレル走行モードでのエンジン回転数を、Ne1とNe2とで示している。このNe1は、所定の変速段（N段)を設定した場合におけるエンジン回転数であり、Ne2は、所定の変速段よりも変速比が一段階大きい変速段（N-1段）を設定した場合におけるエンジン回転数である。すなわち、現時点で、シリーズ走行モードからパラレル走行モードに切り替える要求がある場合には、エンジン回転数をNe1とNe2とのいずれかの回転数に制御した後に、発進クラッチ７を係合することになる。

さらに、図２におけるT1は、発電用モータ３の最大トルクを示している。したがって、現時点で要求される動力をエンジン１から出力している場合に設定し得るエンジン回転数は、図２におけるNe_min以上の回転数となり、図２から明らかなようにエンジン１の出力を一定に保ちつつ、エンジン回転数をNe1に設定することができない。そのため、この発明の実施形態における制御装置では、シリーズ走行モードからパラレル走行モードへの切り替え時には、同期回転数が現状のエンジン回転数よりも高回転数となるように変速機構５を制御するように構成されている。

図３には、ハイブリッド車両Ｖｅに要求される動力が一定の場合に、シリーズ走行モードからパラレル走行モードに切り替える際のエンジン回転数、エンジントルク、発進クラッチ７の伝達トルク、および駆動力の変化を示してある。図３に示す例では、ｔ０時点では、シリーズ走行モードが設定されているため、発進クラッチ７は解放状態であり、したがって、クラッチトルクは「０」に維持されている。また、エンジン回転数とエンジントルクとは、ハイブリッド車両Ｖｅに要求される動力を充足することができるように定められ、かつ発電用モータ３によりエンジン１の燃費が良好となるように制御されている。

ｔ１時点でシリーズ走行モードからパラレル走行モードへの切り替えの要求が成立している。したがって、同期回転数が現状のエンジン回転数よりも高回転数となるように変速機構５を制御するとともに、その同期回転数に向けてエンジン回転数を上昇させる。つまり、発電用モータ３による回生トルクを低下させる。その結果、エンジン回転数が次第に上昇するとともに、エンジントルクが次第に低下している。なお、発電用モータ３により発電される電力は、発電用モータ３の回生トルクと回転数との積に基づいた大きさになるため、発電用モータ３の回生トルクを低下させたとしても、エンジン回転数の上昇に伴って発電用モータ３の回転数も上昇する。したがって、発電用モータ３の回生トルクを低減しても、発電用モータ３により発電される電力は低下しない。つまり、駆動用モータ８に供給される電力は一定に保たれるため、駆動力は低下しない。

そして、エンジン回転数が同期回転数まで上昇すると（ｔ３時点）、発進クラッチ７の伝達トルクを上昇させる。そして、発進クラッチ７が係合状態となる伝達トルクまで、発進クラッチ７の伝達トルクが上昇することにより（ｔ４時点）、パラレル走行モードが設定される。

上述したようにシリーズ走行モードからパラレル走行モードに切り替える要求がある場合に、パラレル走行モードに切り替えた場合の変速段、より具体的には、発進クラッチ７を係合した時点で設定される変速段のエンジン回転数が、現状のエンジン回転数よりも高回転数となるように変速機構５を制御することにより、エンジンの出力の低下やショックの発生を抑制しつつ、パラレル走行モードに切り替えることができる。すなわち、駆動力を維持したままシリーズ走行モードからパラレル走行モードに切り替えることができる。

なお、この発明の実施形態におけるハイブリッド車両は、変速機構５に設けられた係合機構を発進クラッチ７とするものに限らず、発電用モータ３と変速機構５との間に、変速機構５の変速段を設定する係合機構とは独立した発進クラッチ７を設けていてもよい。その場合には、シリーズ走行モードからパラレル走行モードへの切り替えの要求が判定されたときに、変速機構５の変速段を、発進クラッチ７を係合した場合におけるエンジン回転数が、現状のエンジン回転数よりも高回転数となる目標変速段に設定し、その後、発進クラッチ７の入力側回転数と出力側回転数との差が許容値以下となることを条件に、発進クラッチ７を係合すればよい。また、駆動用モータ８は、変速機構５の入力側に設けられていてもよい。すなわち、発電用モータ３の出力軸４と駆動用モータ８との間に発進クラッチ７を設け、駆動用モータ８の出力軸９に変速機構５を設けてもよい。

さらに、この発明の実施形態における制御装置は、シリーズ走行モードからパラレル走行モードへの切り替えの要求があった場合に、パラレル走行モードに切り替えた場合のエンジン回転数が現状のエンジン回転数となるように、一律に変速機構５を制御するものに限らない。

例えば、シリーズ走行モードからパラレル走行モードへの切り替えの要求があった場合に、パラレル走行モードに切り替えた場合におけるエンジン回転数が現状のエンジン回転数未満となる低同期回転数を求め、発電用モータ３の最大トルクに基づいてエンジン回転数を低同期回転数に制御することができるか否かを判断し、エンジン回転数を低同期回転数に制御することができない場合に、パラレル走行モードに切り替えた場合におけるエンジン回転数が現状のエンジン回転数よりも高回転数となる高同期回転数となるように変速機構５を制御してもよい。

さらに、上述したようにエンジン１の出力を低下させたとしても、蓄電装置１２から駆動用モータ８に充分な電力が供給できるのであれば、駆動力が低下することを抑制しつつシリーズ走行モードからパラレル走行モードに切り替え可能であるため、蓄電装置１２から出力可能な電力に応じて、高同期回転数となるように変速機構５を制御するか否かを判断してもよい。

１…エンジン、 ３…発電用モータ、 ５…変速機構、 ７…発進クラッチ、 ８…駆動用モータ、 １１…駆動輪、 １２…蓄電装置、 １３…電子制御装置（ＥＣＵ）、 Ｖｅ…ハイブリッド車両。

Claims (1)

1. エンジンと、前記エンジンの出力軸に連結され前記エンジンの動力を電力に変換可能な発電機と、前記エンジンと駆動輪とのトルクの伝達を遮断可能な係合機構と、前記発電機により発電された電力が供給されて駆動するモータと、前記係合機構の出力回転数と前記駆動輪の回転数との比を変更可能な有段式の自動変速機構とを備え、
   前記係合機構を解放状態とするとともに、前記エンジンの動力を前記発電機により電力に変換し、前記変換された電力が供給されて前記モータから駆動トルクを出力する第１走行モードと、前記係合機構を係合状態とすることにより、前記エンジンの動力により走行できる第２走行モードとを切り替え可能なハイブリッド車両の制御装置において、
   前記自動変速機構を制御するコントローラを備え、
   前記コントローラは、
   前記第１走行モードから前記第２走行モードへの切り替えの要求を判定し、
   前記第１走行モードから前記第２走行モードへの切り替えの要求が判定された場合に、前記係合機構を係合状態に切り替えた後のエンジン回転数が、前記係合機構を係合状態に切り替える以前の前記エンジン回転数よりも高回転数となる前記自動変速機構の目標変速段を定めるように構成されている
   ことを特徴とするハイブリッド車両の制御装置。

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