JP2023070940A - ハイブリッド車両の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】エンジンの始動性が確保されたハイブリッド車両の制御装置を提供することを課題とする。【解決手段】エンジンから車輪までの動力伝達経路上に順に設けられた、モータ、クラッチ、トルクコンバータ、及び変速機と、前記エンジンを始動させるスタータとを備えたハイブリッド車両の制御装置において、前記モータが停止した状態で前記エンジンの始動要求がある場合に、前記クラッチを解放状態で前記スタータにより前記エンジンを始動すると共に前記モータを始動してから、前記クラッチを解放状態から係合状態に切り替えるスタータ始動制御を実行する始動制御部と、前記スタータ始動制御の実行中に、前記解放状態で前記エンジンのスロットル開度を始動用開度に制御し、前記係合状態で前記エンジンの回転数が目標アイドル回転数を維持するように前記スロットル開度を制御するスロットル制御部と、を備えたハイブリッド車両の制御装置。【選択図】図４

Description

本発明は、ハイブリッド車両の制御装置に関する。

エンジンから車輪までの動力伝達経路上に順に設けられた、モータ、クラッチ、トルクコンバータ、及び変速機と、エンジンを始動させるスタータとを備えたハイブリッド車両の制御装置が知られている（例えば特許文献１参照）。

特開２０１４－１８０９７７号公報

モータが停止した状態でエンジンの始動が要求される場合がある。このような場合に制御装置は、クラッチを解放状態でスタータによりエンジンを始動すると共にモータを始動してから、クラッチを解放状態から係合状態に切り替える場合がある。クラッチが解放状態から係合状態に切り替わると、エンジンとトルクコンバータ及び変速機とが締結され、エンジンへの負荷が増大する。これにより、エンジンの回転が不安定となってエンジンの始動性が低下するおそれがある。

そこで本発明は、エンジンの始動性が確保された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。

上記目的は、エンジンから車輪までの動力伝達経路上に順に設けられた、モータ、クラッチ、トルクコンバータ、及び変速機と、前記エンジンを始動させるスタータとを備えたハイブリッド車両の制御装置において、前記モータが停止した状態で前記エンジンの始動要求がある場合に、前記クラッチを解放状態で前記スタータにより前記エンジンを始動すると共に前記モータを始動してから、前記クラッチを解放状態から係合状態に切り替えるスタータ始動制御を実行する始動制御部と、前記スタータ始動制御の実行中に、前記解放状態で前記エンジンのスロットル開度を始動用開度に制御し、前記係合状態で前記エンジンの回転数が目標アイドル回転数を維持するように前記スロットル開度を制御するスロットル制御部と、を備えたハイブリッド車両の制御装置によって達成できる。

本発明によれば、エンジンの始動性が確保されたハイブリッド車両の制御装置を提供できる。

図１は、ハイブリッド車両の概略構成図である。 図２は、エンジンの概略構成図である。 図３は、比較例でのスタータ始動制御の一例を示したタイミングチャートである。 図４は、本実施例でのスタータ始動制御の一例を示したタイミングチャートである。 図５は、ＥＣＵが実行するスロットル制御の一例を示したフローチャートである。

［ハイブリッド車両の概略構成］
図１は、ハイブリッド車両１の概略構成図である。ハイブリッド車両１には、エンジン１０から車輪１３までの動力伝達経路に、Ｋ０クラッチ１４、モータ１５、トルクコンバータ１８、及び変速機１９が順に設けられている。エンジン１０及びモータ１５は、ハイブリッド車両１の走行用駆動源として搭載されている。エンジン１０は、例えばＶ型６気筒ガソリンエンジンであるが気筒数はこれに限定されず、直列型のガソリンエンジンであってもよいし、ディーゼルエンジンであってもよい。エンジン１０には、エンジン１０をクランキングして始動させるためのスタータ２３が設けられている。Ｋ０クラッチ１４、モータ１５、トルクコンバータ１８、及び変速機１９は、変速ユニット１１内に設けられている。変速ユニット１１と左右の車輪１３とは、ディファレンシャル１２を介して駆動連結されている。

Ｋ０クラッチ１４は、同動力伝達経路上のエンジン１０とモータ１５との間に設けられている。Ｋ０クラッチ１４は、解放状態から油圧の供給を受けて係合状態となって、エンジン１０とモータ１５との動力伝達を接続する。Ｋ０クラッチ１４は、油圧供給の停止に応じて解放状態となって、エンジン１０とモータ１５との動力伝達を遮断する。係合状態とは、Ｋ０クラッチ１４の両係合要素が連結しエンジン１０とモータ１５が同じ回転数となっている状態である。解放状態とは、Ｋ０クラッチ１４の両係合要素が離れた状態である。

モータ１５は、インバータ１７を介してバッテリ１６に接続されている。モータ１５は、バッテリ１６からの給電に応じて車両の駆動力を発生するモータとして機能し、更にエンジン１０や車輪１３からの動力伝達に応じてバッテリ１６に充電する電力を発電する発電機としても機能する。モータ１５とバッテリ１６との間で授受される電力は、インバータ１７により調整されている。

インバータ１７は、後述するＥＣＵ１００によって制御され、バッテリ１６からの直流電圧を交流電圧に変換し、またはモータ１５からの交流電圧を直流電圧に変換する。モータ１５がトルクを出力する力行運転の場合、インバータ１７はバッテリ１６の直流電圧を交流電圧に変換してモータ１５に供給される電力を調整する。モータ１５が発電する回生運転の場合、インバータ１７はモータ１５からの交流電圧を直流電圧に変換してバッテリ１６に供給される電力を調整する。

トルクコンバータ１８は、トルク増幅機能を有した流体継ぎ手である。変速機１９は、ギア段の切替えにより変速比を多段階に切替える有段式の自動変速機であるが、これに限定されず無段式の自動変速機であってもよい。変速機１９は、動力伝達経路上のモータ１５と車輪１３の間に設けられている。トルクコンバータ１８を介して、モータ１５と変速機１９とが連結されている。トルクコンバータ１８には、油圧の供給を受けて係合状態となってモータ１５と変速機１９とを直結するロックアップクラッチ２０が設けられている。

変速ユニット１１には、更にオイルポンプ２１と油圧制御機構２２とが設けられている。オイルポンプ２１で発生した油圧は、油圧制御機構２２を介して、Ｋ０クラッチ１４、トルクコンバータ１８、変速機１９、及びロックアップクラッチ２０にそれぞれ供給されている。油圧制御機構２２には、Ｋ０クラッチ１４、トルクコンバータ１８、変速機１９、及びロックアップクラッチ２０のそれぞれの油圧回路と、それらの作動油圧を制御するための各種の油圧制御弁と、が設けられている。

ハイブリッド車両１には、同車両の制御装置としてのＥＣＵ（Electronic Control Unit）１００が設けられている。ＥＣＵ１００は、車両の走行制御に係る各種演算処理を行う演算処理回路と、制御用のプログラムやデータが記憶されたメモリと、を備える電子制御ユニットである。ＥＣＵ１００は、ハイブリッド車両の制御装置の一例であり、詳しくは後述する始動制御部及びスロットル制御部を機能的に実現する。

ＥＣＵ１００は、エンジン１０及びモータ１５の駆動を制御する。具体的にはＥＣＵ１００は、エンジン１０のスロットル開度、点火時期、燃料噴射量を制御することにより、エンジン１０のトルクや回転数を制御する。ＥＣＵ１００は、インバータ１７を制御してモータ１５とバッテリ１６との間での電力の授受量を調整することで、モータ１５の回転数やトルクを制御する。またＥＣＵ１００は、油圧制御機構２２の制御を通じて、Ｋ０クラッチ１４やロックアップクラッチ２０、変速機１９の駆動制御を行う。

ＥＣＵ１００には、イグニッションスイッチ７１、クランク角センサ７２、モータ回転数センサ７３、アクセル開度センサ７４、及びエアフローメータ７５からの信号が入力される。クランク角センサ７２は、エンジン１０のクランクシャフトの回転速度を検出する。モータ回転数センサ７３は、モータ１５の出力軸の回転速度を検出する。アクセル開度センサ７４は、運転者のアクセルペダルの踏込量であるアクセルペダル開度を検出する。エアフローメータ７５は、エンジン１０の吸入空気量を検出する。

ＥＣＵ１００は、モータモード及びハイブリッドモードの何れかの走行モードでハイブリッド車両を走行させる。モータモードでは、ＥＣＵ１００はＫ０クラッチ１４を解放し、モータ１５の動力により走行する。ハイブリッドモードでは、ＥＣＵ１００はＫ０クラッチ１４を係合状態に切り替えて少なくともエンジン１０の動力により走行する。尚、ハイブリッドモードには、エンジン１０のみの動力で走行するモード、モータ１５を力行運転させてエンジン１０及びモータ１５の双方を動力源として走行するモードを含む。

走行モードの切り替えは、車速やアクセル開度から求められた車両の要求駆動力と、バッテリ１６の充電状態などに基づいて行われる。例えば、要求駆動力が比較的小さくバッテリ１６の蓄電残量を示すＳＯＣ（State Of Charge）が比較的高い場合には、燃費を向上させるためにエンジン１０を停止したモータモードが選択される。要求駆動力が比較的大きい場合やバッテリ１６のＳＯＣが比較的低い場合には、エンジン１０が駆動したハイブリッドモードが選択される。

［エンジンの概略構成］
図２は、エンジン１０の概略構成図である。エンジン１０は、気筒３０、ピストン３１、コネクティングロッド３２、クランク軸３３、吸気通路３５、吸気バルブ３６、排気通路３７、及び排気バルブ３８を有している。図２には、エンジン１０が有する複数の気筒３０のうちの一つのみが表示されている。気筒３０では混合気の燃焼が行われる。ピストン３１は、各気筒３０に往復動可能に収容され、エンジン１０の出力軸であるクランク軸３３にコネクティングロッド３２を介して連結されている。コネクティングロッド３２及びクランク軸３３は、ピストン３１の往復運動をクランク軸３３の回転運動に変換する。

吸気通路３５は、各気筒３０の吸気ポート３５ｐに吸気バルブ３６を介して接続されている。排気通路３７は、各気筒３０の排気ポート３７ｐに排気バルブ３８を介して接続されている。吸気通路３５には、上述したエアフローメータ７５、及び吸入空気量を調整するスロットル弁４０が設けられている。排気通路３７には排気浄化用の触媒４３が設けられている。

気筒３０には筒内噴射弁４１ｄが設けられている。筒内噴射弁４１ｄは気筒３０内に直接燃料を噴射する。吸気通路３５には、吸気ポート３５ｐに向けて燃料を噴射するポート噴射弁４１ｐが設けられている。各気筒３０には、吸気通路３５を通じて導入された吸気と筒内噴射弁４１ｄ及びポート噴射弁４１ｐが噴射した燃料との混合気を火花放電により点火する点火装置４２が設けられている。尚、筒内噴射弁４１ｄ及びポート噴射弁４１ｐの少なくとも一方が設けられていればよい。

［スタータ始動制御］
このように構成されたエンジン１０には、モータ１５が停止した状態で始動が要求される場合がある。例えばイグニッションスイッチ７１がオフからオンに切り替えられた場合である。このような場合にＥＣＵ１００は、スタータ２３によりエンジン１０を始動させるスタータ始動制御を実行する。スタータ始動制御では、ＥＣＵ１００はＫ０クラッチ１４が解放状態でスタータ２３によりエンジン１０を始動すると共にモータ１５も始動し、その後にＫ０クラッチ１４を解放状態から係合状態へと切り替える。これにより、エンジン１０を動力源として走行が可能となる。スタータ始動制御は、始動制御部が実行する処理の一例である。

次に、本実施例のスタータ始動制御について説明する前に、比較例でのスタータ始動制御について説明する。図３は、比較例でのスタータ始動制御を示したタイミングチャートである。図３には、スタータ２３の状態、エンジン回転数［ｒｐｍ］、モータ回転数［ｒｐｍ］、Ｋ０クラッチ１４の状態、及びスロットル開度を示している。尚、モータ回転数は一点鎖線で示しており、その他は実線で示している。

エンジン回転数及びモータ回転数が０でありＫ０クラッチ１４は解放状態でエンジン１０の始動要求があると、時刻ｔ０でスロットル開度が始動用開度αに制御される。始動用開度αは、エンジン始動時に設定されるスロットル開度であり、固定値である。ここで、Ｋ０クラッチ１４が解放状態ではエンジン１０はトルクコンバータ１８や変速機１９の負荷は受けない。始動用開度αは、このような状態でのエンジン１０の負荷を考慮して設定された開度であり、必要以上にエンジン回転数が上昇しないように吸入空気量を制限している開度である。始動用開度αは、Ｋ０クラッチ１４が解放状態でのエンジン１０の始動性を確保することができるように実験や解析によって定められている。

その後の時刻ｔ１でスタータ２３が駆動し、エンジン１０の回転数が上昇してエンジン１０で燃焼が開始され自立運転が開始される。時刻ｔ２でスタータ２３が停止し、時刻ｔ３でモータ１５が始動する。尚、モータ１５が始動するタイミングは、エンジン１０が自立運転開始後に限定されない。

エンジン１０及びモータ１５の双方が駆動した状態である時刻ｔ４で、Ｋ０クラッチ１４が係合する。Ｋ０クラッチ１４が係合すると、エンジン１０の回転に対して、Ｋ０クラッチ１４及びモータ１５を介してトルクコンバータ１８及び変速機１９の負荷が加わる。ここでスロットル開度が始動用開度αのままＫ０クラッチ１４が係合すると、エンジン１０のトルクが不足して回転が不安定となるおそれがある。始動用開度αは、上述したようにＫ０クラッチ１４が解放状態でエンジン１０の負荷を考慮して設定されており、Ｋ０クラッチ１４が係合状態でのエンジン１０の負荷を考慮して設定されていないからである。これにより比較例ではエンジンストールが生じ、エンジン１０の始動性が低下している。特に低温環境下では、トルクコンバータ１８や変速機１９の潤滑油の粘度が高くなり、これらの回転抵抗が常温環境下よりも増大しやすい。更に、Ｋ０クラッチ１４が解放状態であっても、これらの回転抵抗の増大によりモータ１５の回転数をエンジン１０の回転数にまで上昇させることができないおそれもある。このような状況下でＫ０クラッチ１４が係合した際には、上記のようなエンジンストールが生じやすい。

図４は、本実施例のスタータ始動制御の一例を示したタイミングチャートである。図４には、図３と同様にスタータ２３の状態、エンジン回転数［ｒｐｍ］、モータ回転数［ｒｐｍ］、Ｋ０クラッチ１４の状態、及びスロットル開度を示している。比較例と同様に時刻ｔ０でスロットル開度が始動用開度αに制御され、時刻ｔ１でスタータ２３が駆動し、エンジン１０の燃焼が開始され時刻ｔ２でスタータ２３が停止し、時刻ｔ３でモータ１５が始動する。

時刻ｔ４でＫ０クラッチ１４が係合すると、本実施例ではエンジン回転数が目標アイドル回転数を維持するように、エンジン回転数と目標アイドル回転数との偏差に応じてスロットル開度がフィードバック制御される。詳細には、エンジン回転数が目標アイドル回転数よりも低下している場合には、その回転数の低下分である偏差に応じてスロットル開度が増大する側に制御される。エンジン回転数が目標アイドル回転数を上回った場合には、その回転数の上回った分である偏差に応じてスロットル開度が低下する側に制御される。

従って、Ｋ０クラッチ１４の係合直後は、エンジン１０の負荷が増大してエンジン回転数が目標アイドル回転数に対して低下するが、その偏差が解消されるようにスロットル開度が増大する。この結果、スロットル開度が始動用開度αよりも増大し、エンジン１０のトルクが増大して、エンジン回転数が目標アイドル回転数に維持される。また、例えばＫ０クラッチ１４の係合後にエンジン１０の燃焼熱によりトルクコンバータ１８等の潤滑油の粘度が徐々に低下し、この結果エンジン１０への負荷が低下する場合がある。この場合にはエンジン回転数が目標アイドル回転数を上回る場合があるが、フィードバック制御によりその偏差が解消されるようにスロットル開度が低下する。このようにして、エンジン回転数は目標アイドル回転数に維持され、エンジン１０の始動性が確保されている。

［ＥＣＵが実行するスロットル制御］
図５は、ＥＣＵ１００が実行するスロットル制御の一例を示したフローチャートである。本制御は、イグニッションがオンの状態で所定の周期ごとに繰り返し実行される。ＥＣＵ１００は、上述したスタータ始動制御中であるか否かを判定する（ステップＳ１）。ステップＳ１でＮｏの場合には、本制御を終了する。ステップＳ１でＹｅｓの場合には、ＥＣＵ１００はＫ０クラッチ１４が係合状態であるか否かを判定する（ステップＳ２）。例えばエンジン回転数とモータ回転数との差分が略ゼロであるとみなすことができる所定値以下の場合に、Ｋ０クラッチ１４は係合状態であるものと判定される。ステップＳ２でＮｏの場合には、ＥＣＵ１００はスロットル開度を始動用開度αに制御する（ステップＳ３）。ステップＳ２でＹｅｓの場合には、ＥＣＵ１００はエンジン回転数が目標アイドル回転数を維持するようにスロットル開度をフィードバック制御する（ステップＳ４）。ステップＳ３及びＳ４の処理は、スロットル制御部が実行する処理の一例である。このようにして、エンジン１０の始動性が確保されている。

上記実施例では、Ｋ０クラッチ１４の係合状態でスロットル開度をフィードバック制御するがこれに限定されず、フィードフォワード制御を実行してもよい。例えば予め実験等により、エンジン回転数を目標アイドル回転数に維持することができる、Ｋ０クラッチ１４の係合前後でのスロットル開度の増量分を算出しておき、ＥＣＵ１００のメモリに記憶させておく。次にスタータ始動制御の際に、Ｋ０クラッチ１４の係合と共にスロットル開度を、始動用開度αに算出された増量分を加算した開度に制御してもよい。上記実施例では、始動用開度αは固定値であるが、これに限定されず、エンジン回転数以外のパラメータ、例えばエンジン１０の冷却水温度に応じて変化する変動値であってもよい。

上記実施例では、単一のＥＣＵ１００によりハイブリッド車両を制御する場合を例示したが、これに限定されず、例えばエンジン１０を制御するエンジンＥＣＵ、モータ１５を制御するモータＥＣＵ、Ｋ０クラッチ１４を制御するクラッチＥＣＵ等の複数のＥＣＵによって、上述した制御を実行してもよい。

以上、本発明の実施例について詳述したが、本発明はかかる特定の実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。

１０ エンジン
１４ Ｋ０クラッチ
１５ モータ
１００ ＥＣＵ（始動制御部、スロットル制御部）

Claims (1)

1. エンジンから車輪までの動力伝達経路上に順に設けられた、モータ、クラッチ、トルクコンバータ、及び変速機と、前記エンジンを始動させるスタータとを備えたハイブリッド車両の制御装置において、
   前記モータが停止した状態で前記エンジンの始動要求がある場合に、前記クラッチを解放状態で前記スタータにより前記エンジンを始動すると共に前記モータを始動してから、前記クラッチを解放状態から係合状態に切り替えるスタータ始動制御を実行する始動制御部と、
   前記スタータ始動制御の実行中に、前記解放状態で前記エンジンのスロットル開度を始動用開度に制御し、前記係合状態で前記エンジンの回転数が目標アイドル回転数を維持するように前記スロットル開度を制御するスロットル制御部と、を備えたハイブリッド車両の制御装置。
   

Images