JP2023104501A - ハイブリッド車両の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】クランキングトルクを適切に調整することができる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、前記エンジンと駆動輪との間の動力伝達経路上に設けられたモータ、前記動力伝達経路上における前記エンジンと前記モータとの間の部分に設けられたクラッチ、を有したハイブリッド車両の制御装置において、前記エンジンの積算運転時間に相関する相関値を取得する第１取得部と、前記相関値が示す前記積算運転時間が短いほど、前記クラッチを介して前記エンジンをクランキングするのに前記モータが必要となるクランキングトルクを大きく補正する第１補正部と、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。

走行用動力源であるエンジン及びモータを備え、モータによりエンジンをクランキングしてエンジンを始動するハイブリッド車両が知られている（例えば特許文献１参照）。

特開２０２０－１１１２７６号公報

エンジンの始動性に影響を与えない範囲でクランキングトルクを低減することにより、モータにより走行できる運転領域を拡大して燃費の向上を図ることができる。ここでエンジンをクランキングする際には、モータはエンジンの回転抵抗トルクに打ち勝つだけのクランキングトルクを出力する必要がある。しかしながらこのようなエンジンの回転抵抗トルクは一定ではなく、種々の条件によって変動する。従って、回転抵抗トルクに対してクランキングトルクが不足すると、エンジンの始動性が低下するおそれがある。一方、回転抵抗トルクに対してクランキングトルクが大きすぎると、モータにより走行できる運転領域が縮小するおそれがある。

そこで本発明は、クランキングトルクを適切に調整することが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。

上記目的は、エンジン、前記エンジンと駆動輪との間の動力伝達経路上に設けられたモータ、前記動力伝達経路上における前記エンジンと前記モータとの間の部分に設けられたクラッチ、を有したハイブリッド車両の制御装置において、前記エンジンの積算運転時間に相関する相関値を取得する第１取得部と、前記相関値が示す前記積算運転時間が短いほど、前記クラッチを介して前記エンジンをクランキングするのに前記モータが必要となるクランキングトルクを大きく補正する第１補正部と、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。

前記第１補正部は、前記相関値が示す前記積算運転時間が所定値以上の場合には、前記クランキングトルクの補正量を０にしてもよい。

前記相関値は、当該ハイブリッド車両の積算走行距離であってもよい。

前記クラッチに供給されるクラッチ潤滑油の温度を取得する第２取得部と、前記クラッチ潤滑油の温度が低いほど前記クランキングトルクを低く補正する第２補正部と、を備えてもよい。

大気圧を取得する第３取得部と、前記大気圧が低いほど前記クランキングトルクを低く補正する第３補正部と、を備えてもよい。

前記エンジンを冷却する冷却水の温度を取得する第４取得部と、前記冷却水の温度が高いほど前記クランキングトルクを大きく補正する第４補正部と、を備えてもよい。

前記エンジンに供給されるエンジン潤滑油の温度を取得する第５取得部と、前記エンジン潤滑油の温度が低いほど前記クランキングトルクを大きく補正する第５補正部と、を備えてもよい。

本発明によれば、クランキングトルクを適切に調整することができる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、モータのトルクと回転数との関係を示したマップである。 図３は、クランキングトルク補正制御の一例を示したフローチャートである。 図４Ａ及び図４Ｂは、補正量を算出するためのマップである。 図５Ａ及び図５Ｂは、補正量を算出するためのマップである。 図６は、補正量を算出するためのマップである。

［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から駆動輪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の走行用動力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。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と左右の駆動輪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や駆動輪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と駆動輪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。尚、トルクコンバータ１８の代わりに湿式クラッチが設けられていてもよい。

ハイブリッド車両１には、同ハイブリッド車両としての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、詳しくは後述する第１～第５取得部、第１～第５補正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、走行距離センサ７３、ＡＴ油温センサ７４、大気圧センサ７５、水温センサ７６、エンジン油温センサ７７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。走行距離センサ７３は、ハイブリッド車両１の走行距離を検出する。ＡＴ油温センサ７４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に供給される潤滑油の温度を検出する。大気圧センサ７５は大気圧を検出する。水温センサ７６は、エンジン１０を冷却する冷却水の温度を検出する。エンジン油温センサ７７は、エンジン１０の駆動部を潤滑する潤滑油の温度を検出する。

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や、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。

ＥＣＵ１００は、所定の停止条件が成立した場合にエンジン１０を自動停止させ、所定の再始動条件が成立した場合に自動停止したエンジン１０を再始動させる間欠運転制御を実行する。例えばＥＣＵ１００は、ハイブリッドモードにおいてアクセル開度がゼロになった場合に、自動停止条件が成立したものとしてエンジン１０を自動停止させる。また、ＥＣＵ１００は、例えばアクセル開度がゼロよりも大きくなった場合に、再始動条件が成立したものとしてエンジン１０を自動で再始動させる。自動停止の際には、ＥＣＵ１００はＫ０クラッチ１４を解放して燃焼を停止する。自動再始動の際には、ＥＣＵ１００はＫ０クラッチ１４を介してモータ１５によりエンジン１０をクランキングして燃焼を開始し、その後にＫ０クラッチ１４を係合させる。

図２は、モータ１５のトルクと回転数との関係を示したマップである。縦軸はモータ１５のトルクを示し、横軸はモータ１５の回転数を示している。図２での実線は、モータ１５が出力可能な最大トルクを示している。モータ１５の回転数が低い場合に最大トルクは高く、モータ１５の回転数が高くなるほど最大トルクは低下する。ここで、モータ１５は上述したエンジン１０をクランキングに必要なクランキングトルクを余剰トルクとして常時確保しておく必要がある。このため、モータモードで走行可能な運転領域は、最大トルクからクランキングトルク分を除算した範囲となる。

モータモードでの走行領域が広いほど、エンジン１０の駆動頻度を抑制することができるため燃費が向上する。このため、クランキングトルクは、エンジン１０の始動性に影響のない範囲でできるだけ低いことが好ましい。エンジン１０のクランキングの際には、モータ１５はエンジン１０の回転の抵抗となる回転抵抗トルクに打ち勝つだけのクランキングトルクを出力する必要がある。エンジン１０の回転抵抗トルクは一定ではなく種々の条件によって変動する。本実施例では、ＥＣＵ１００はこのようなエンジン１０の回転抵抗トルクの変動に対応するようにクランキングトルク補正制御を実行する。

［クランキングトルク補正制御］
図３は、クランキングトルク補正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であってエンジン１０の運転停止中に繰り返し実行されるが、これに限定されず、例えばエンジン１０の始動要求がある場合にのみ実行してもよい。最初にＥＣＵ１００は基本クランキングトルクを取得する（ステップＳ１）。基本クランキングトルクは、予め実験により得られたエンジン１０を適切にクランキングすることができるトルクである。基本クランキングトルクは、例えばエンジン１０の停止位置に応じて変動する変動値であってもよいし、所定の固定値であってもよい。

ＥＣＵ１００は、走行距離センサ７３、ＡＴ油温センサ７４、大気圧センサ７５、水温センサ７６、エンジン油温センサ７７の検出値に基づいてそれぞれ積算走行距離、ＡＴ油温、大気圧、冷却水温度、及びエンジン油温を取得する（ステップＳ２）。ステップＳ２は、第１～第５取得分が実行する処理の一例である。

ＥＣＵ１００は、取得した積算走行距離等に基づいてクランキングトルクを補正する（ステップＳ３）。ステップＳ３は、第１～第５補正部が実行する処理の一例である。具体的には、上述した基本クランキングトルクに所定の補正量を加減算することにより、クランキングトルクを補正する。以下に補正量の算出方法について説明する。

［補正量の算出方法］
ＥＣＵ１００は、以下に示す図４Ａ～図６のマップを参照して複数の補正量を算出する。図４Ａ～図６は、補正量を算出するためのマップである。図４Ａ～図６のマップは実験結果に基づいて規定されており、ＥＣＵ１００のメモリに記憶されている。

図４Ａは、積算走行距離と補正量との関係を規定したマップの一例である。縦軸は補正量［Ｎ・ｍ］を示し、横軸はハイブリッド車両１の積算走行距離［ｋｍ］を示している。積算走行距離が所定値以下の範囲で積算走行距離が短いほど補正量は０から増大している。この理由は以下による。積算走行距離が短いことは、エンジン１０の積算運転時間が短いこととほぼ同義であり、積算走行距離はエンジン１０の積算運転時間に相関する相関値である。ここでエンジン１０が新品の場合には、エンジン１０の回転抵抗トルクであるメカニカルフリクショントルク（以下、フリクショントルクと称する）は大きい。エンジン１０の積算運転時間が長くなるにつれて積算運転時間に応じたフリクショントルクは減少し、いわゆる慣らし運転終了後は、積算運転時間に応じたフリクショントルクは０となるからである。モータ１５は、このように積算運転時間により変動するエンジン１０のフリクショントルクに打ち勝つだけのクランキングトルクが必要となる。

このように積算走行距離に応じてエンジン１０のフリクショントルクは異なるため、積算走行距離に基づいて補正量を算出することにより、クランキングトルクを適切に調整することができる。

尚、上述したように積算走行距離はエンジン１０の積算運転時間に相関する相関値である。例えば、モータモードでの走行中にはエンジン１０は原則停止しているため、積算走行距離は増大するがエンジン１０の積算運転時間は増大しない。このため、モータモードでの積算走行時間が長くなるほど、積算走行距離は増大するが、エンジン１０の積算運転時間は増大しない。しかしながら、モータモードでの走行中にバッテリ１６の電力が不足すると、エンジン１０を駆動してハイブリッドモードでの走行に切り替えられる。従って、常にモータモードで走行することは困難であり、この結果、積算走行距離はエンジン１０の積算運転時間に相関する。

図４Ｂは、ＡＴ油温と補正量との関係を規定したマップの一例である。縦軸は補正量［Ｎ・ｍ］を示し、横軸はＡＴ油温［℃］を示している。ＡＴ油温が高くなるほど、補正量は負の値から正の値へと徐々に増大する。この理由は以下による。ＡＴ油温は、Ｋ０クラッチ１４に供給される潤滑油の温度であり、Ｋ０クラッチ１４は湿式クラッチである。このため、ＡＴ油温が低いほどこの潤滑油の粘性が高くなり、モータ１５からＫ０クラッチ１４を介してエンジン１０へのトルク伝達量が増大する。即ち、ＡＴ油温が低いほど、Ｋ０クラッチ１４を介してモータ１５からのエンジン１０に伝達されるトルクが増大するからである。

ＡＴ油温は外気温の影響を受けるため、ＡＴ油温に基づいて補正量を算出することにより、外気温の影響を抑制してクランキングトルクを適切に調整することができる。

図５Ａは、大気圧と補正量との関係を規定したマップの一例である。縦軸は補正量［Ｎ・ｍ］を示し、横軸は大気圧［ｋＰａ］を示している。大気圧が標準大気圧付近では補正量は０であり、大気圧が標準大気圧よりも低い所定値から更に低下すると、補正量は０から低下する。また、大気圧が標準大気圧よりも高い所定値から更に高くなると、補正量は０から増大する。この理由は以下による。大気圧が高いほど、クランキング時にエンジン１０の各気筒に充填される空気量は増大し、大気圧が低いほど各気筒に充填される空気量は低下する。ここで圧縮行程において上昇するピストンを押し返す反発力によるコンプレッショントルクは、エンジン１０の回転抵抗トルクであり、コンプレッショントルクの大きさは気筒内の空気量に比例する。クランキング時には、このコンプレッショントルクに打ち勝つだけのクランキングトルクが必要となるからである。

標高や天候により大気圧が変動するため、大気圧に基づいて補正量を算出することにより、このような環境の変化をも考慮してクランキングトルクを適切に調整することができる。

図５Ｂは、冷却水温度と補正量との関係を規定したマップの一例である。縦軸は補正量［Ｎ・ｍ］を示し、横軸は冷却水温度［℃］を示している。冷却水温度が所定値以上で高くなるほど、補正量が増大する。冷却水温度が所定値以上の高温となると、エンジン１０の摺動部品が膨張し、エンジン１０のフリクショントルクが増大するからである。例えばエンジン１０の自動停止後に短時間で再始動した場合には冷却水温度は未だに高温であるため、冷却水温度に基づいて補正量を算出することにより、クランキングトルクを適切に調整することができる。

図６は、エンジン油温と補正量との関係を規定したマップの一例である。縦軸は補正量［Ｎ・ｍ］を示し、横軸はエンジン油温［℃］を示している。エンジン油温が所定値以下で低下するほど、補正量は０から増大する。エンジン油温が低いほど粘性が高くなり、エンジン１０のフリクショントルクが増大するからである。例えばエンジン１０の暖機完了前ではエンジン油温は低いため、エンジン油温に基づいて補正量を算出することにより、エンジン１０の暖機完了前でもクランキングトルクを適切に調整することができる。

以上のように上記のマップでそれぞれ算出された補正量を全て基本クランキングトルクに加算することにより、クランキングトルクが補正される。このようにして、種々の理由により変動するエンジン１０の回転抵抗トルクに対応するようにクランキングトルクを調整することができる。

本実施例では、図４Ａに示したように積算走行距離に基づいて補正量を算出したがこれに限定されず、例えばエンジン１０の積算運転時間に基づいて補正量を算出してもよい。この場合も図４Ａの例と同様に、積算運転時間が所定値以下の範囲で積算運転時間が短いほど補正量は０から増大する。尚、一般的に多くの車両では走行距離センサによって積算走行距離が計測されているが、エンジン１０の積算運転時間を計測する機器等が設けられている車両は少ない。このため、エンジン１０の積算運転時間に基づいて補正量を算出する場合よりも、車両の積算走行距離に基づいて補正量を算出する方が汎用性に優れている。

図４Ａ～図６では、補正量が直線状に変化する場合を例示したが、これに限定されず、曲線状に変化してもよいし、階段状に変化してもよい。

本実施例では基本クランキングトルクに種々の観点から規定された補正量を加算することによりクランキングトルクを補正する場合を説明したが、これに限定されない。例えば基本クランキングトルクに、種々の観点から規定された補正係数を乗算することによりクランキングトルクを補正してもよい。

本実施例ではマップに基づいてクランキングトルクを補正する場合を説明したが、これに限定されない。例えば、基本クランキングトルク、積算走行距離、ＡＴ油温、大気圧、冷却水温度、及びエンジン油温を引数とした演算式により、クランキングトルクを補正してもよい。

本実施例では積算走行距離、ＡＴ油温、大気圧、冷却水温度、及びエンジン油温に基づいてクランキングトルクを補正する場合を説明した。しかしながら、必ずしもこれら全てに基づいてクランキングトルクを補正する必要はない。例えば車両の用途によっては、ＡＴ油温や大気圧、冷却水温度、及びエンジン油温が大きく変化しない環境下での使用に限定される場合がある。またエンジンの種類によっては、エンジンの放熱量が比較的少なく冷却水温度やエンジン油温が大きく変化しないものものある。このような場合には、積算走行距離のみに基づいてクランキングトルクを補正してもよい。

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。

１ ハイブリッド車両
１０ エンジン
１４ Ｋ０クラッチ（クラッチ）
１５ モータ
１００ ＥＣＵ（第１～第５取得部、第１～第５補正部）

Claims (7)

1. エンジン、前記エンジンと駆動輪との間の動力伝達経路上に設けられたモータ、前記動力伝達経路上における前記エンジンと前記モータとの間の部分に設けられたクラッチ、を有したハイブリッド車両の制御装置において、
   前記エンジンの積算運転時間に相関する相関値を取得する第１取得部と、
   前記相関値が示す前記積算運転時間が短いほど、前記クラッチを介して前記エンジンをクランキングするのに前記モータが必要となるクランキングトルクを大きく補正する第１補正部と、を備えたハイブリッド車両の制御装置。
2. 前記第１補正部は、前記相関値が示す前記積算運転時間が所定値以上の場合には、前記クランキングトルクの補正量を０にする、請求項１のハイブリッド車両。
3. 前記相関値は、当該ハイブリッド車両の積算走行距離である、請求項１又は２のハイブリッド車両の制御装置。
4. 前記クラッチに供給されるクラッチ潤滑油の温度を取得する第２取得部と、
   前記クラッチ潤滑油の温度が低いほど前記クランキングトルクを低く補正する第２補正部と、
   を備えた請求項１又は２のハイブリッド車両の制御装置。
5. 大気圧を取得する第３取得部と、
   前記大気圧が低いほど前記クランキングトルクを低く補正する第３補正部と、
   を備えた請求項１乃至４の何れかのハイブリッド車両の制御装置。
6. 前記エンジンを冷却する冷却水の温度を取得する第４取得部と、
   前記冷却水の温度が高いほど前記クランキングトルクを大きく補正する第４補正部と、
   を備えた請求項１乃至５の何れかのハイブリッド車両の制御装置。
7. 前記エンジンに供給されるエンジン潤滑油の温度を取得する第５取得部と、
   前記エンジン潤滑油の温度が低いほど前記クランキングトルクを大きく補正する第５補正部と、を備えた請求項１乃至６の何れかのハイブリッド車両の制御装置。
   

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