JP2021154931A - ハイブリッド車両の駆動力制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】駆動輪に伝達するトルクを増加させることができるハイブリッド車両の駆動力制御装置を提供する。【解決手段】ハイブリッド車両を後進させるリバースレンジが選択されかつ第２モータから出力可能な出力トルクのみでは後進走行できない場合に、駆動力が要求されていない状態でエンジンの回転数を予め定められた所定回転数以上に維持し（ステップＳ３）、駆動力が要求されたときに、エンジンの回転数を所定回転数から増加させるように第１モータからトルクを出力する（ステップＳ４）。【選択図】図２

Description

この発明は、エンジン、第１モータ、および駆動輪が差動回転可能に連結された差動機構と、その駆動輪または他の駆動輪に連結された第２モータとを備えたハイブリッド車両の駆動力制御装置に関するものである。

特許文献１には、窪みから駆動輪を脱出させるための車両の駆動力制御装置が記載されている。この特許文献１に記載された車両は、駆動輪にモータが連結されていて、窪みから駆動輪を脱出させる場合には、車速が０以上の時に、運転者によるアクセル操作に応じたトルクをモータから駆動輪に伝達し、車速が０未満の時、すなわち後退している時に、モータから駆動輪にトルクを伝達しないように構成されている。この特許文献１に記載された駆動力制御装置は、窪みを脱出する場合に、まず、駆動輪にトルクが付加されて駆動輪が窪みを前進方向に脱出するように窪みの傾斜面を上る。そのようにトルクを付加したとしても駆動輪が窪みを脱出できない場合には、初期の位置よりも後退側に駆動輪が窪みの傾斜面を上ることになり、その後、車両の慣性により車両の前進方向に窪みの傾斜面を上るとともに、トルクが駆動輪に付加される。したがって、停車状態から駆動輪にトルクを付加する以上に車両の前進方向への推進力が発生することにより、車両が前後方向に揺さぶられて窪みから駆動輪を脱出させることができる。

特開平９−１７５２２５号公報

特許文献１に記載された駆動力制御装置は、駆動輪にトルクを伝達することにより、僅かであっても車両が移動することができることを前提としている。しかしながら、特許文献１に記載された駆動力制御装置は、駆動輪に伝達するトルクを増大させるものではないため、例えば、急斜面を登坂する場合などの駆動輪に連結されたモータから最大トルクを出力したとしても車両を移動させる駆動力に満たさない場合には、急斜面を登坂することができない可能性がある。また、特許文献１に記載された駆動力制御装置は、車両を前後方向に揺さぶることにより窪みから駆動輪を脱出するものであるため、車両を前後方向に揺さぶるための充分な空間がない状況では、車両の慣性を利用して車両の前方への推進力を得ることができず、駆動輪を窪みから脱出させることができない可能性がある。

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、駆動輪に伝達するトルクを増加させることができるハイブリッド車両の駆動力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、第１モータと、駆動輪に連結された出力部材と、前記エンジン、前記第１モータ、および前記出力部材が差動回転可能に連結された差動機構と、前記駆動輪または前記駆動輪とは異なる他の駆動輪に連結された第２モータとを備えたハイブリッド車両の駆動力制御装置において、前記エンジン、第１モータ、および第２モータの出力トルクを制御するコントローラを備え、前記コントローラは、前記ハイブリッド車両を後進させるリバースレンジが選択されかつ前記第２モータから出力可能な出力トルクのみでは後進走行できない場合に、駆動力が要求されていない状態で前記エンジンの回転数を予め定められた所定回転数以上に維持し、前記駆動力が要求されたときに、前記エンジンの回転数を前記所定回転数から増加させるように前記第１モータからトルクを出力することを特徴とするものである。

この発明によれば、エンジンと第１モータと駆動輪に連結された出力部材とが差動回転可能に差動機構に連結されている。したがって、第１モータから反力トルクを出力することによりエンジンの出力トルクを出力部材に伝達して走行することができる。また、その駆動輪または他の駆動輪に第２モータが連結されているため、エンジンを停止した状態で第２モータからトルクを出力することによりハイブリッド車両を走行させることができる。そして、リバースレンジが選択されかつ第２モータから出力可能な出力トルクのみで後進走行できない場合には、駆動力が要求されていない状態でエンジンの回転数を予め定められた所定回転数以上に維持し、駆動力が要求されたときに、エンジンの回転数を増大させるように第１モータからトルクを出力する。すなわち、エンジンのフリクショントルクを大きくした状態で、第１モータからエンジンの回転数を増大させるようにトルクを出力する。このように第１モータからトルクを出力することにより、エンジンのフリクショントルクと、エンジンの回転数が増大することによる慣性トルクとが、第１モータの出力トルクに対する反力トルクとして差動機構に作用するため、第１モータの出力トルクの一部が出力部材に瞬時に伝達される。その結果、ハイブリッド車両の後進走行への駆動力を、第２モータのみからトルクを出力する場合よりも増大させることができる。

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スケルトン図である。 この発明の実施形態における駆動力制御装置の制御の一例を説明するためのフローチャートである。 エンジン回転数とフリクショントルクとの関係を示す図である。 アクセルペダルが踏み込まれていない時の動力分割機構の各回転要素の回転数の関係を示す共線図である。 アクセルペダルが踏み込まれた時の動力分割機構の各回転要素の回転数の関係を示す共線図である。

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スケルトン図を図１に示してある。図１に示すハイブリッド車両Ｖｅは、駆動力源としてエンジン１、および二つのモータ２，３を備えている。このエンジン１は、従来知られているエンジンと同様に、空気と燃料との混合気を燃焼することにより動力を発生させるものであって、ガソリンエンジンやディーゼルエンジンなどの種々のエンジンを採用することができる。

各モータ２，３は、従来知られているハイブリッド車両や電気自動車に設けられた駆動力源としてのモータと同様に、電力が供給されることにより出力軸の回転数を増加させるように駆動トルクを出力するモータとしての機能に加え、出力軸の回転数を低下させる回生トルクを出力することにより出力軸の動力の一部を電力に変換する発電機としての機能を備えている。このモータ２，３の一例としては、永久磁石をロータに設けた永久磁石式の同期モータや、誘導モータなどである。

エンジン１の出力軸４には、エンジン１の動力を第１モータ２と、駆動輪５に連結された出力部材とに分割して伝達するための動力分割機構６が連結されている。この動力分割機構６は、少なくとも三つの回転要素が差動回転するように構成されていて、その一つの回転要素にエンジン１が連結され、他の一つの回転要素に第１モータ２が連結され、さらに他の一つの回転要素に駆動輪５がトルク伝達可能に連結されている。

図１に示す動力分割機構６は、シングルピニオン型の遊星歯車機構によって構成されている。すなわち、サンギヤ７と、そのサンギヤ７と同心円上に配置された内歯歯車であるリングギヤ８と、サンギヤ７およびリングギヤ８に噛み合うピニオンギヤ９を自転可能に保持するとともに、サンギヤ７の回転中心軸線を中心として公転可能に保持するキャリヤ１０とによって構成されている。そして、キャリヤ１０にエンジン１が連結され、サンギヤ７に第１モータ２が連結されている。すなわち、キャリヤ１０が入力要素として機能し、サンギヤ７が反力要素として機能し、リングギヤ８が出力要素として機能するように構成されている。なお、エンジン１とキャリヤ１０とは、ダンパ機構やギヤ対などを介して連結されていてもよく、同様に第１モータ２とサンギヤ７とは、ギヤ対などの他の機構を介して連結されていてもよい。

上記のリングギヤ８には、動力分割機構６の出力部材として機能する外歯（出力ギヤ１１）が形成されている。その出力ギヤ１１に、ドリブンギヤ１２が噛み合っている。このドリブンギヤ１２は、エンジン１の出力軸４と平行に配置されたカウンタシャフト１３の一方の端部に一体化されており、そのカウンタシャフト１３の他方の端部には、ドライブギヤ１４が一体化されている。このドライブギヤ１４が、デファレンシャルギヤユニット１５を構成するリングギヤ１６に噛み合っており、そのデファレンシャルギヤユニット１５、およびドライブシャフト１７を介して駆動輪５にトルクが伝達されるように構成されている。

また、第２モータ３は、その出力軸１８が、エンジン１の出力軸４やカウンタシャフト１３と平行になるように配置されており、その出力軸１８の端部にドリブンギヤ１２に噛み合うリダクションギヤ１９が連結されている。すなわち、第２モータ３は、駆動輪５にトルク伝達可能に連結されている。

上述した第１モータ２と第２モータ３とは、一方のモータ２（３）で発電した電力を他方のモータ３（２）に供給することができるように電気的に接続されるとともに、それぞれのモータ２，３に電力を供給し、またはそれぞれのモータ２，３が発電した電力を充電することができるように、各モータ２，３が蓄電装置２０に接続されている。なお、蓄電装置２０と第１モータ２との間には、第１モータ２に通電する電流の周波数などを制御する図示しないインバータが設けられ、また蓄電装置２０と第２モータ３との間には、第２モータ３に通電する電流の周波数などを制御する図示しない他のインバータが設けられている。

上述したエンジン１、各モータ２，３を制御するための電子制御装置（以下、ＥＣＵと記す）２１が設けられている。このＥＣＵ２１は、従来知られているＥＣＵと同様に、マイクロコンピュータを主体としたものであって、入力される信号や、予め記憶されているマップ、演算式、フローチャートなどに基づいてエンジン１、各モータ２，３の出力トルクや回転数を定め、その定められた出力トルクや回転数に応じた信号をエンジン１や各モータ２，３に出力するように構成されている。

ＥＣＵ２１に入力される信号は、例えば、アクセル開度を検出するセンサの信号、車速を検出するセンサの信号、エンジン回転数を検出するセンサの信号、第１モータ２の回転数を検出するセンサの信号、第２モータ３の回転数を検出するセンサの信号、第１モータ２の温度を検出するセンサの信号、第２モータ３の温度を検出するセンサの信号、蓄電装置２０の充電残量や出力電圧を検出するセンサの信号、蓄電装置２０の温度を検出するセンサの信号、運転者により操作されるシフトレバーの位置を検出するセンサなどである。

上述した車両Ｖｅは、エンジン１の出力トルク（以下、エンジントルクと記す）の一部をリングギヤ８に伝達して走行するハイブリッド走行モードを設定することができる。このハイブリッド走行モードは、エンジントルクをリングギヤ８に伝達するために第１モータ２から反力トルクを出力する。具体的には、エンジントルクをＴｅとした場合に、第１モータ２から（ρ／（１＋ρ））Ｔｅの反力トルクを出力すると、エンジン１および第１モータ２の回転数を維持したまま、リングギヤ８に（１／（１＋ρ））Ｔｅのトルクが伝達される。言い換えると、第１モータ２から出力する反力トルクを、上記の大きさよりも大きくすると、エンジン１や第１モータ２の回転数が低下しつつ、リングギヤ８には、上記と同様のトルクが伝達され、それとは反対に、第１モータ２から出力する反力トルクを、上記の大きさよりも小さくすると、エンジン１および第１モータ２の回転数が増加しつつ、リングギヤ８には、第１モータ２の反力トルクに応じたトルクが伝達され、そのトルクは、（１／（１＋ρ））Ｔｅよりも小さくなる。すなわち、第１モータ２から出力するトルクを制御することにより、エンジン回転数を変更できる。なお、ρは、サンギヤ７の歯数とリングギヤ８の歯数との比であり、１よりも小さな値である。

一方、エンジン１は、燃料と空気との混合気を燃焼することによりトルクを発生するものであるから、そのエンジントルクの方向は一定である。したがって、前進走行するための駆動トルクとしてエンジントルクを伝達するように構成された駆動システムの場合には、エンジントルクを後進走行の駆動トルクとして利用することができない。

それに対して、第２モータ３のトルクのみによって後進走行すると、後進走行時における最大駆動力は、第２モータ３から出力可能なトルクに応じた大きさとなり、例えば、急な登坂路を後進走行する場合や、後進走行によって段差を乗り上げる場合などに駆動力が不足する可能性がある。そのため、この発明の実施形態における駆動力制御装置は、後進走行時における駆動力を増大させることができるように構成されている。

その制御の一例を説明するためのフローチャートを図２に示してある。図２に示す制御例は、リバースレンジに切り替えられている間に実行されるものであり、まず、スタック状態であるか否かを判断する（ステップＳ１）。このステップＳ１におけるスタック状態とは、第２モータ３から出力可能なトルクによって後進走行できない状態である。このスタック状態は、例えば、このルーチンを実行する以前に、第２モータ３から出力可能なトルクを出力し、かつそれ以降に車両が後進していないかを検出するなどによって判断することができる。なお、この第２モータ３から出力可能なトルクは、第２モータ３の特性上定まる最大トルクに限らず、例えば、第２モータ３の温度に基づいて制限されたトルクなどを含む。

スタック状態でないことによりステップＳ１で否定的に判断された場合は、第２モータ３のトルクを制御することにより後進走行できるため、このままこのルーチンを一旦終了する。それとは反対に、スタック状態である場合には、運転者は、スタック状態を解消するためにアクセルペダルのオンオフを繰り返し変更し、またはそのアクセルペダルの踏み込み量を変更する。そのため、ステップＳ１で肯定的に判断された場合は、アクセル操作されていないか否かを判断する（ステップＳ２）。このステップＳ２は、アクセルペダルの操作量を検出するセンサの信号などに基づいて判断することができる。

この発明の実施形態における駆動力制御装置は、スタック状態を解消するために第１モータ２のトルクを駆動輪５に伝達するように構成されている。具体的には、エンジン１のフリクショントルクやイナーシャトルクを反力トルクとして利用することにより、第１モータ２の出力トルクを駆動輪５に伝達する。このエンジン１のフリクショントルクは、図示しないエンジンブロックとピストンとの摩擦などによって生じるものであり、エンジン回転数に応じて変化する。図３は、エンジン回転数とフリクショントルクとの関係を示す図であり、エンジン回転数が所定回転数Ｎpr未満の領域では、エンジン回転数が増加するに連れてフリクショントルクが低下し、エンジン回転数が所定回転数Ｎpr以上の領域では、エンジン回転数が増加するに連れてフリクショントルクが増加する。なお、エンジン回転数の変化率が大きいほど、イナーシャトルクが大きくなる。

そのため、アクセル操作されていないことによりステップＳ２で肯定的に判断された場合は、後にアクセル操作されてエンジン回転数を増加させた場合に、そのエンジン回転数の増加に応じてイナーシャトルクに加えてフリクショントルクが増加するように、エンジン回転数を所定回転数Ｎpr以上に維持して（ステップＳ３）、このルーチンを一旦終了する。

図４には、ステップＳ３によりエンジン回転数を所定回転数Ｎpr以上に維持した場合における動力分割機構６の各回転要素の回転数を説明するための共線図を示してある。このステップＳ３は、ステップＳ１で肯定的に判断された場合に実行されるものであり、したがって、ハイブリッド車両Ｖｅが停止している。そのため、駆動輪５に対して一定のギヤ比で連結されているリングギヤ８も同様の理由により停止している。また、エンジン１から出力されるトルクは、ハイブリッド車両Ｖｅが前進するように駆動輪５に伝達されるため、ここでは、エンジン１への燃料の供給を停止している。そのため、図４に示す例では、第１モータ２から第１モータ２の回転数を増加させる方向にトルクを出力することにより、エンジン回転数が所定回転数Ｎpr以上となるように維持している。なお、図４には、便宜上、トルクの向きを矢印で示してある。

上述したようにアクセル操作されていない時点では、エンジン回転数を所定回転数Ｎpr以上に維持する。スタック状態の場合には、上述したようにアクセルペダルのオンオフを繰り返し行うため、ステップＳ３が実行された後に、再度、図２のルーチンが実行されると、アクセルペダルが踏み込まれる。すなわち、アクセル操作されていないことによりステップＳ２で肯定的に判断された後のいずれかのルーチンで、アクセル操作されることによりステップＳ２で否定的に判断される。

そのようにステップＳ２で否定的に判断された場合は、エンジン回転数を増加させるように第１モータ２からトルクを出力する（ステップＳ４）。図５には、ステップＳ４によりエンジン回転数を増加させるように第１モータ２からトルクを出力した場合における動力分割機構６の各回転要素の回転数を説明するための共線図を示してある。このステップＳ４は、ステップＳ１で肯定的に判断された場合に実行されるものであり、したがって、図４に示す例と同様にハイブリッド車両Ｖｅが停止している。そのため、駆動輪５に対して一定のギヤ比で連結されているリングギヤ８も同様の理由により停止している。この状態で、第１モータ２からトルクを出力すると、エンジン１の回転数に応じたフリクショントルクに加えて、エンジン１の回転数の変化率に応じた慣性トルクが、エンジン回転数を低下させる方向に作用する。その結果、エンジン１のフリクショントルクと慣性トルクとの合算値で求められる抵抗トルクが、反力トルクとしてキャリヤ１０に作用し、その結果、その反力トルクに応じた分のトルクが、第１モータ２からリングギヤ８に伝達される。すなわち、ハイブリッド車両Ｖｅを後退させる方向に、第１モータ２から駆動輪５にトルクが伝達される。なお、図５には、図４に示す各回転要素の回転数を破線で示してある。

一方、ステップＳ４により第１モータ２からトルクを出力し続けると、それに伴って第１モータ２の回転数が次第に増加して上限回転数以上になる可能性がある。そのため、ステップＳ４に続いて、第１モータ２の回転数（ＭＧ１回転数）が予め定められた所定回転数よりも高回転数であるか否かを判断する（ステップＳ５）。このステップＳ５における所定回転数は、第１モータ２の上限回転数よりも低回転数に設定された判断閾値とするための回転数であり、例えば、第１モータ２の回転数の変化率、言い換えると、第１モータ２の出力トルクに応じて定めることができる。また、第１モータ２の上限回転数は、第１モータ２の温度などの第１モータ２の状態に応じて変動する場合があるため、ステップＳ５における所定回転数も同様に、第１モータ２の温度などの第１モータ２の状態に応じて定めてもよい。

第１モータ２の回転数が所定回転数以下であることによりステップＳ５で否定的に判断された場合は、そのままこのルーチンを一旦終了する。すなわち、エンジン回転数が増加するように第１モータ２からトルクを出力する。それとは反対に、第１モータ２の回転数が所定回転数よりも高回転数であることによりステップＳ５で肯定的に判断された場合は、第１モータ２からトルクを出力し続けると、第１モータ２の耐久性が低下する可能性があるため、第１モータ２を停止して（ステップＳ６）、このルーチンを一旦終了する。

上述したように後進走行時にスタックした場合に、アクセル操作されていない時にエンジン回転数を所定回転数以上に維持する。したがって、後にアクセル操作されたことにより第１モータ２からエンジン回転数を増大させるようにトルクを出力した場合に、そのエンジン回転数の増加に伴ってイナーシャトルクが増加し、それに対して、エンジン回転数の増加に伴ってフリクショントルクが低下するなどの反力トルクの増加が停滞すること、言い換えると、反力トルクの応答遅れが生じることを抑制できる。そのため、アクセル操作された時点で、エンジン回転数が増加するように第１モータ２からトルクを出力することにより、エンジン１のフリクショントルクとイナーシャトルクとが反力トルクとして作用して、第１モータ２のトルクを駆動輪５に瞬時に伝達することができる。すなわち、第２モータ３から出力されるトルクに基づいた駆動力に、第１モータ２から出力されるトルクに基づいた駆動力を加えることができる。その結果、後進走行するための推進力を増加させることができるため、スタック状態を解消することができる。

なお、この発明の実施形態におけるハイブリッド車両は、図１に示すようにエンジンからトルクが伝達される駆動輪と、第２モータからトルクが伝達される駆動輪とが同一のものに限らず、例えば、エンジンから前輪にトルクを伝達し、第２モータから後輪にトルクを伝達するように構成されたものであってもよい。

１ エンジン
２，３ モータ
５ 前輪（駆動輪）
６，２２ 動力分割機構
１１ 出力ギヤ
２０ 蓄電装置
２１ 電子制御装置（ＥＣＵ）
Ｖｅ ハイブリッド車両

Claims (1)

1. エンジンと、第１モータと、駆動輪に連結された出力部材と、前記エンジン、前記第１モータ、および前記出力部材が差動回転可能に連結された差動機構と、前記駆動輪または前記駆動輪とは異なる他の駆動輪に連結された第２モータとを備えたハイブリッド車両の駆動力制御装置において、
   前記エンジン、第１モータ、および第２モータの出力トルクを制御するコントローラを備え、
   前記コントローラは、
   前記ハイブリッド車両を後進させるリバースレンジが選択されかつ前記第２モータから出力可能な出力トルクのみでは後進走行できない場合に、駆動力が要求されていない状態で前記エンジンの回転数を予め定められた所定回転数以上に維持し、前記駆動力が要求されたときに、前記エンジンの回転数を前記所定回転数から増加させるように前記第１モータからトルクを出力する
   ことを特徴とするハイブリッド車両の駆動力制御装置。

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