JP2023106889A - 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】エンジンと駆動輪との動力伝達経路上に、クラッチ、モータが順に設けられたハイブリッド車両の制御装置において、前記クラッチが解放し前記モータの駆動中に前記エンジンの始動要求がある場合に、前記エンジンのスロットル開度を目標スロットル開度に制御して前記エンジンの燃焼を開始して前記クラッチを係合するエンジン始動制御を実行する始動制御部と、前記クラッチの係合前に前記エンジンの始動要求時でのアクセル開度に基づいて、前記クラッチの係合時での前記モータの回転数に対応した前記目標スロットル開度を算出する算出部と、を備えたハイブリッド車両の制御装置。
【選択図】図３

Description

本発明は、ハイブリッド車両の制御装置に関する。

エンジンと駆動輪との動力伝達経路上に、クラッチ、モータが順に設けられた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２０２１－０５４１６５号公報

クラッチが解放しモータの駆動中にエンジン始動要求があると、エンジンでの燃焼が開始されエンジン回転数をモータ回転数に同期させてクラッチが係合することにより、エンジンの始動が完了する。ここで、エンジン回転数がモータ回転数に対して低すぎたり又は高すぎたりすると、クラッチを係合するのに時間を要したり、クラッチの係合時にショックが発生するなど、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、エンジンと駆動輪との動力伝達経路上に、クラッチ、モータが順に設けられたハイブリッド車両の制御装置において、前記クラッチが解放し前記モータの駆動中に前記エンジンの始動要求がある場合に、前記エンジンのスロットル開度を目標スロットル開度に制御して前記エンジンの燃焼を開始して前記クラッチを係合するエンジン始動制御を実行する始動制御部と、前記クラッチの係合前に前記エンジンの始動要求時でのアクセル開度に基づいて、前記クラッチの係合時での前記モータの回転数に対応した前記目標スロットル開度を算出する算出部と、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、ＥＣＵが実行する目標スロットル開度の算出制御の一例を示したフローチャートである。 図４は、エンジン目標回転数と目標スロットル開度との関係を規定したマップである。 図５は、モータ回転数の予測制御の一例を示したフローチャートである。 図６Ａは、アクセル開度毎のペラ軸トルクとペラ軸回転数との関係を規定したマップであり、図６Ｂは、車両要求トルクとモータの回転数との関係を規定したマップである。 図７は、目標スロットル開度の算出制御の変形例を示したフローチャートである。 図８は、アクセル開度とエンジン目標回転数を補正するための補正係数との関係を規定したマップである。

［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。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、プロペラシャフト１２ａ及び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算出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の回転数やトルクを制御する。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、エアフローメータ７５、及び圧力センサ７６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。圧力センサ７６は、後述するスロットル弁４０よりも下流側の吸気通路３５内の圧力（以下、インマニ圧と称する）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、ハイブリッドモードにおいて、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、所定の始動条件が成立した場合に自動停止したエンジン１０を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、アクセル開度がゼロよりも大きくなった場合に、始動条件が成立したものとしてエンジン１０を自動で始動させる。尚、エンジン１０を自動停止させる際には、ＥＣＵ１００はＫ０クラッチ１４を解放して燃料噴射を停止する。エンジン１０を自動で始動させる際には、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料噴射及び点火を開始し、その後にＫ０クラッチ１４を係合させる。

［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、吸気弁３６、排気通路３７、及び排気弁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の吸気ポートに吸気弁３６を介して接続されている。排気通路３７は、各気筒３０の排気ポートに排気弁３８を介して接続されている。吸気通路３５には、エアフローメータ７５、圧力センサ７６、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４１が設けられている。筒内噴射弁４１は気筒３０内に直接燃料を噴射する。尚、筒内噴射弁４１の代わりに、又は筒内噴射弁４１に加えて、吸気ポートに向けて燃料を噴射するポート噴射弁が設けられていてもよい。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４１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。

このように構成されたエンジン１０に対してモータ１５の駆動中に始動要求があると、エンジン１０での燃焼が開始されエンジン回転数をモータ回転数に同期させてＫ０クラッチ１４が係合することにより、エンジン１０の始動が完了する。ここで、エンジン回転数がモータ回転数に対して低すぎたり高くなりすぎたりすると、Ｋ０クラッチ１４を係合するのに時間を要したり、Ｋ０クラッチ１４の係合時にショックが発生したり、エンジン１０の始動性が低下するおそれがある。そこでＥＣＵ１００は、エンジン１０の始動制御での目標スロットル開度の算出制御を実行する。

［目標スロットル開度の算出制御］
図３は、ＥＣＵ１００が実行する目標スロットル開度の算出制御の一例を示したフローチャートである。本制御では、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、モータ１５の駆動中にエンジン１０の始動要求が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、本制御は終了する。ステップＳ１でＹｅｓの場合にＥＣＵ１００は、詳しくは後述するがアクセル開度に基づいて、エンジン始動制御でのＫ０クラッチ１４の係合時のモータ回転数を予測する（ステップＳ２）。

次にＥＣＵ１００は、予測されたモータ回転数をエンジン目標回転数に設定する（ステップＳ３）。次にＥＣＵ１００は、エンジン目標回転数から目標スロットル開度を算出する（ステップＳ４）。図４は、エンジン目標回転数と目標スロットル開度との関係を規定したマップである。横軸はエンジン目標回転数［ｒｐｍ］を示し、縦軸は目標スロットル開度［ｄｅｇ］を示している。図４のマップは、エンジン始動制御においてエンジン１０の実回転数がエンジン目標回転数にまで早期に上昇するのに適した目標スロットル開度を規定している。図４に示すように、エンジン目標回転数が高いほど、目標スロットル開度が増大するに規定されている。これにより、エンジン目標回転数に対応させてエンジン１０に導入される吸入空気量を増大させることができる。上述したようにエンジン目標回転数は予測されたモータ回転数であるため、Ｋ０クラッチ１４の係合時でのモータ回転数に対応した目標スロットル開度が算出される。

また、図４には冷却水の温度が低温の場合と高温の場合とを示している。図４のマップでは、冷却水の温度が低いほど、目標スロットル開度が増大するように規定されている。エンジン１０の温度が低いほど、エンジン１０のフリクショントルクは増加する傾向があるからであり、これを補うように目標スロットル開度が規定されている。ＥＣＵ１００は、図４のマップを参照して目標スロットル開度を算出する。ステップＳ２～Ｓ４は、算出部が実行する処理の一例である。

尚、図４のマップではエンジン目標回転数に対して目標スロットル開度が直線状に変化するが、これに限定されず、曲線状に変化してもよい。また、上記のようなマップに限定されず、エンジン目標回転数と冷却水の温度とを引数とする演算式により目標スロットル開度を算出してもよい。また、冷却水の温度の代わりにエンジン１０を潤滑する潤滑油の温度を用いてもよい。

次にＥＣＵ１００は、スロットル開度を目標スロットル開度に制御してエンジン１０の始動制御を実行する（ステップＳ５）。以上のように、Ｋ０クラッチ１４が係合する前に、アクセル開度に基づいてＫ０クラッチ１４の係合時での予測モータ回転数に対応した目標スロットル開度が算出されて、エンジン１０の始動制御が実行される。このため、エンジン回転数をモータ回転数に精度よく同期させてＫ０クラッチ１４を係合することができ、エンジン１０の始動性が確保されている。ステップＳ５は始動制御部が実行する処理の一例である。

［モータ回転数の予測制御］
図５は、モータ回転数の予測制御の一例を示したフローチャートである。ＥＣＵ１００は、アクセル開度センサ７４に基づいて、エンジン１０の始動要求時のアクセル開度と、単位時間当たりのアクセル開度変化率を算出する（ステップＳ１１）。次に、ＥＣＵ１００は、エンジン１０の始動時でのアクセル開度を予測する（ステップＳ１２）。具体的には、エンジン１０の始動要求があってからエンジン１０が始動するまでに要する時間に、アクセル開度変化率を乗算して、この乗算して得られた値に現時点でのアクセル開度を加算することにより、エンジン始動時でのアクセル開度を予測する。

次にＥＣＵ１００は、予測されたアクセル開度に基づいて、エンジン始動時でのエンジン１０への要求トルクを予測する（ステップＳ１３）。具体的には以下のようにしてエンジン始動時でのエンジン１０への要求トルクを予測する。

ＥＣＵ１００は、予測されたアクセル開度から、図６Ａのマップを参照してハイブリッド車両１への要求トルク（以下、車両要求トルクと称する）を算出する。図６Ａは、アクセル開度毎のペラ軸トルクとペラ軸回転数との関係を規定したマップである。縦軸はペラ軸トルク［Ｎ・ｍ］を示し、横軸はペラ軸回転数［ｒｐｍ］を示している。ペラ軸トルク及びペラ軸回転数は、プロペラシャフト１２ａのトルク及び回転数である。ペラ軸トルクが車両要求トルクに相当する。図６Ａには、アクセル開度が０％、５０％、及び１００％の場合を一例として示している。ＥＣＵ１００のメモリには、このような変速段毎のマップが記憶されている。図６Ａに示すように、アクセル開度が増大するほどペラ軸トルク、即ち車両要求トルクが増大する。ＥＣＵ１００は、予測されたアクセル開度と現時点での変速段に基づいて、車両要求トルクを算出する。次に、車両要求トルクに現時点でのモータ回転数を乗算して、ハイブリッド車両１への要求出力（以下、車両要求出力と称する）を算出する。

次に、車両要求出力にバッテリ１６の充放電要求に基づく出力（以下、充放電要求出力と称する）を加算することにより、エンジン１０への要求出力（以下、エンジン要求出力と称する）を算出する。充放電要求出力は、バッテリ１６への充電要求がある場合には正の値として算出され、バッテリ１６への放電要求がある場合には負の値として算出され、バッテリ１６への充放電要求がない場合には０として算出される。次に、エンジン要求出力を現時点でのエンジン回転数で除算することにより、エンジン１０への要求トルク（以下、エンジン要求トルクと称する）を算出する。

次にＥＣＵ１００は、このようにして算出されたエンジン要求トルクに基づいて、予測モータ回転数を算出する（ステップＳ１４）。具体的には、ＥＣＵ１００は図６Ｂのマップを参照して、エンジン要求トルクからＫ０クラッチ１４の係合時のモータ回転数を予測する。図６Ｂは、車両要求トルクとモータ回転数との関係を規定したマップである。縦軸は車両要求トルク［Ｎ・ｍ］を示し、横軸はモータ回転数［ｒｐｍ］を示す。図６Ｂには等出力線を点線で示し、変速段に応じた回転数とトルクとの関係を細線で示し、実際のハイブリッド車両１の動作線を太線で示している。例えば、現在のハイブリッド車両１の運転状態が動作点Ｐ１を示し変速段が３速である場合であってエンジン要求トルクＴ２の場合には、エンジン１０の始動時での予測される変速段は４段であり予測モータ回転数は回転数Ｒ２である。このようにアクセル開度に基づいてＫ０クラッチ１４の係合時でのモータ回転数を予測することができる。

［目標スロットル開度の算出制御の変形例］
図７は、目標スロットル開度の算出制御の変形例を示したフローチャートである。尚、図３と同一の処理については同一の符号を付して重複する説明を省略する。ステップＳ１でＹｅｓの場合、ＥＣＵ１００はモータ回転数センサ７３によりモータ回転数を取得する（ステップＳ２ａ）。次に、ＥＣＵ１００は取得したモータ回転数をエンジン目標回転数に設定する（ステップＳ３ａ）。

次にＥＣＵ１００は、アクセル開度センサ７４により検出されたアクセル開度に基づいてエンジン目標回転数を補正する（ステップＳ３ｂ）。具体的には、以下のようにして算出された補正係数をエンジン目標回転数に乗算することにより、エンジン目標回転数を補正する。図８は、アクセル開度とエンジン目標回転数を補正するための補正係数との関係を規定したマップである。横軸はアクセル開度［ｄｅｇ］を示し、縦軸は補正係数［－］を示している。補正係数は１以上の値である。図８に示すように、アクセル開度が増大するほど補正係数も増大する。エンジン１０の始動要求時でのアクセル開度が大きいほど、Ｋ０クラッチ１４の係合時でのモータ回転数も増大すると予測できるからである。尚、図８のマップでは、アクセル開度に対して補正係数が直線状に変化するが、これに限定されず曲線状に変化してもよい。また、上記のようなマップに限定されず、アクセル開度を引数とする演算式により補正係数を算出してもよい。

次にＥＣＵ１００は、図４のマップを参照して補正されたエンジン目標回転数に基づいて目標スロットル開度を算出し（ステップＳ４）、スロットル開度を目標スロットル開度に制御してエンジン１０の始動制御を実行する（ステップＳ５）。以上のようにＫ０クラッチ１４の係合前に、アクセル開度に基づいてＫ０クラッチ１４の係合時のモータ回転数に対応した目標スロットル開度が算出されて、エンジン１０の始動制御が実行される。これによりエンジン１０の始動性を確保することができる。ステップＳ２ａ～Ｓ４は、算出部が実行する処理の一例である。ステップＳ５は、始動制御部が実行する処理の一例である。

上記実施例では、モータ１５によりエンジン１０をクランキングした例を説明したが、これに限定されずスタータモータによりエンジン１０をクランキングしてもよい。

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、これに限定されない。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、これらのＥＣＵを統合制御するハイブリッド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。例えば上述したステップＳ１～Ｓ３、Ｓ３ａ、及びＳ３ｂをハイブリッドＥＣＵが実行し、ステップＳ４及びＳ５をエンジンＥＣＵが実行してもよい。

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
４０ スロットル弁
１００ ＥＣＵ（始動制御部、算出部）

Claims (1)

1. エンジンと駆動輪との動力伝達経路上に、クラッチ、モータが順に設けられたハイブリッド車両の制御装置において、
   前記クラッチが解放し前記モータの駆動中に前記エンジンの始動要求がある場合に、前記エンジンのスロットル開度を目標スロットル開度に制御して前記エンジンの燃焼を開始して前記クラッチを係合するエンジン始動制御を実行する始動制御部と、
   前記クラッチの係合前に前記エンジンの始動要求時でのアクセル開度に基づいて、前記クラッチの係合時での前記モータの回転数に対応した前記目標スロットル開度を算出する算出部と、を備えたハイブリッド車両の制御装置。
   

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