JP3559889B2 - ハイブリッド自動車の制御装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、車両の原動機としてモータ及び内燃機関(エンジン)を備えたハイブリッド自動車の制御装置に関し、特に、停車中に内燃機関の運転を停止するようにしたハイブリッド自動車の制御装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
ハイブリッド自動車は、原動機として内燃機関及びモータを備え、それぞれの出力軸はクラッチを介して駆動輪の車軸に連結されており、各クラッチの接続又は切断を制御して、内燃機関及びモータのいずれか一方又は双方の駆動力によって、走行するようにしている。
【0003】
車両が信号待ち等で一時停車しており、その後に発進する場合の従来の制御としては、停車中に内燃機関をアイドリング運転していると、低燃費や低騒音の要請に反するので、一時停車中は内燃機関を停止して、アクセルが作動されたときに、内燃機関を始動して、該内燃機関の駆動力によって加速するようにしたものがある。
【0004】
しかし、アクセル作動時に内燃機関を始動したのでは、内燃機関の立ち上がりにある程度の時間を要するので加速性能が悪い。そこで、一時停車中は内燃機関を停止して、アクセルが作動されたときに、モータによって車両を駆動し、車速が所定速度以上になったときに、始動モータによって内燃機関を始動し、以後は内燃機関によって車両を駆動するようにしたものが知られている(特開平8−232817号公報)。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、このようなハイブリッド自動車においては、パワーステアリング用のポンプ(P/Sポンプ)やエアコン(空調装置)用のコンプレッサ(A/Cコンプレッサ)等の補機を駆動する必要があり、通常は内燃機関の動力の一部をこれらに分配するようにしている。
【0006】
しかし、一時停車している間は内燃機関を停止しているので、車両の発進前のステアリングの据え切り時に操作力が重くなったり、エアコンによる空調が行えないという問題がある。
【0007】
このような問題を回避するため、P/Sポンプを電動ポンプとし、A/Cコンプレッサを電動コンプレッサとすることが考えられるが、コスト高になるとともに、電力消費量が増加するので、このような対策は効率的でない。また、補機の駆動を内燃機関始動用のモータで行うことが考えられるが、内燃機関始動時には内燃機関の始動に伴う負荷により補機を十分に機能させることができない。
【0008】
本発明は、このような従来技術の問題点に鑑みてなされたものであり、低コスト化を図りつつ、内燃機関停止中に補機を十分に機能させるとともに、内燃機関始動時に補機の機能低下を防止することができるハイブリッド自動車の制御装置を提供することを目的とする。
【0009】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項1記載の本発明のハイブリッド自動車の制御装置は、モータと、該モータのトルクを補機に伝達する第1伝動手段と、該モータのトルクを内燃機関に伝達する第2伝動手段とを備え、車両停止時に該内燃機関を停止させるとともに、該モータにより該内燃機関を始動させるようにしたハイブリッド自動車の制御装置において、前記モータと前記第2伝動手段の間に介装され、該モータが発生したトルクの該第2伝動手段に対する伝達トルクを自在に変更可能なクラッチ手段と、内燃機関停止時には前記伝達トルクが零となるように、内燃機関始動時には該伝達トルクが前記モータが発生したトルクよりも小さくなるように前記クラッチ手段を制御する制御手段とを備えたことを特徴とする。
【0010】
この請求項1記載の本発明のハイブリッド自動車の制御装置では、内燃機関停止時には伝達トルクが零となるようにクラッチ手段を制御して、モータのトルクを全て補機に伝達するようにしているから、停車中に内燃機関を停止しても補機を十分に機能させることができる。一方、内燃機関始動時には伝達トルクがモータのトルクよりも小さくなるようにクラッチ手段を制御してモータのトルクを補機へも伝達するようにしたから、内燃機関始動時における補機の機能低下を少なくすることができる。その結果、補機性能を低下させることなく補機と内燃機関の駆動を単一のモータで行え、車両の低コスト化、軽量化を図ることができる。
【0011】
上記目的を達成するために、請求項2記載の本発明のハイブリッド自動車の制御装置は、請求項1記載のハイブリッド自動車の制御装置において、前記制御手段は、内燃機関停止時に発生するトルクよりも内燃機関始動時に発生するトルクが大きくなるように前記モータを制御することを特徴とする。
【0012】
請求項2記載の本発明のハイブリッド自動車の制御装置では、内燃機関停止時のモータのトルクよりも内燃機関始動時のモータのトルクを大きくしたから、内燃機関の始動に伴う負荷による補機の機能低下を少なくすることができ、例えば、内燃機関停止時には補機の駆動に必要な比較的に低めのトルクとし、内燃機関始動時には補機の駆動に必要なトルクと内燃機関の始動に必要なトルクを加算した比較的に大きめのトルクとすることにより、内燃機関始動時の内燃機関の負荷による補機の機能低下を防止することができる。
【0013】
上記目的を達成するために、請求項3記載の本発明のハイブリッド自動車の制御装置は、請求項1記載のハイブリッド自動車の制御装置において、前記クラッチ手段は、非通電時に伝達トルクが最大となり、供給される電流量が増大するにつれて伝達トルクが減少するようにした電磁クラッチであることを特徴とする。
【0014】
請求項3記載の本発明のハイブリッド自動車の制御装置では、クラッチ手段の伝達トルクが非通電時に最大となるようにしたから、何らかの電気的な障害等により、万一、電磁クラッチが作動しないような場合においても、内燃機関の始動が可能であり、車両の信頼性を向上することができる。
【0015】
【発明の効果】
請求項1記載の本発明のハイブリッド自動車の制御装置によると、補機の機能低下を防止しつつ補機と内燃機関の駆動を単一のモータで行うことができ、車両の低コスト化、軽量化を図ることができるという効果がある。
【0016】
請求項2記載の本発明のハイブリッド自動車の制御装置によると、請求項1についての前記効果に加えて、内燃機関の始動に伴う負荷による補機の機能低下を防止することができるという効果がある。
【0017】
請求項3記載の本発明のハイブリッド自動車の制御装置によると、請求項1についての前記効果に加えて、万一、電磁クラッチが作動しないような場合においても、内燃機関の始動が可能であるという効果がある。
【0018】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
図1は、本発明の実施形態のハイブリッド自動車の要部構成を示す図である。図1において、1は車両駆動及びエネルギの回生に用いられる第1モータ(電気モータ)であり、この第1モータ1のモータ軸は差動装置2を介して駆動輪の車軸3に連結されている。
【0019】
4は電子制御式のスロットル弁及び燃料噴射弁を有する内燃機関(エンジン)であり、内燃機関4のクランク軸はトルクコンバータ5、無段変速機(CVT)6を介して第1モータ1のモータ軸に連結されている。内燃機関4のクランク軸と該無段変速機6の入力軸は第1クラッチ7を介して連結されており、これらの間を選択的に接続又は切断できるようになっている。
【0020】
8は第2モータ(電気モータ)であり、この第2モータ8は、パワーステアリング用のポンプ(P/Sポンプ)やエアコン(空調装置)用のコンプレッサ(A/Cコンプレッサ)等の補機9を駆動するためのモータであり、内燃機関4の始動をも行う。
【0021】
第2モータ8のモータ軸は第1ベルト伝動手段(第1伝動手段)10を介して補機9に連結されている。また、第2モータ8のモータ軸は第2クラッチ11及び第2ベルト伝動手段(第2伝動手段)12を介して内燃機関4のクランク軸に連結されている。第2モータ8及び第2クラッチ11は図示しない制御装置からの制御信号により制御される。
【0022】
第2クラッチ11は電磁クラッチであり、この第2クラッチ11は、図2に示されているように構成されている。同図において、13は円環状に形成された電磁コイルであり、この電磁コイル13はモータ4のモータ軸8aを取り囲むように配置され、コイル固定部材14を介して第2モータ8のケースに取り付けられている。
【0023】
第2モータ8のモータ軸8aには、基端部側から停止部15、可動部16、第1ベルト伝動手段10の一部を構成する補機駆動用プーリ17、第2ベルト伝動手段12の一部を構成する内燃機関始動用プーリ18がこの順に挿入配置されている。
【0024】
停止部15はモータ軸8aにスプライン結合されることにより、モータ軸8aと一体的に回転する。可動部16はその内筒部分でモータ軸8aにスプライン結合されることにより該モータ軸8aと一体的に回転するとともに、該モータ軸8aの軸方向にスライドできるように該モータ軸8aに支持されている。
【0025】
停止部15と可動部16との間には可動部16を停止部15から離間させる方向に付勢するバネ19が介装されている。可動部16の一部は電磁コイル13に隣接しており、電磁コイル13に通電することにより、その引付力によって可動部16がバネ19の付勢力に抗してスライドするようになっている。電磁コイル13による可動部16の引付力は供給する電流量により自在に変更できるようになっている。
【0026】
内燃機関始動用プーリ18はモータ軸8aの先端部近傍に軸受部20を介して回転自在に支持されており、補機駆動用プーリ17は内燃機関始動用プーリ18に軸受部21を介して回転自在に支持されている。補機駆動用プーリ17は可動部16にスプライン結合されており、モータ軸8aの回転に伴いこれと一体的に回転する。
【0027】
内燃機関始動用プーリ18には概略円盤状のクラッチディスク部22がその内筒部分でスプライン結合されており、クラッチディスク部22の円盤部分は可動部16と補機駆動用プーリ17の間に位置されている。電磁コイル13に通電されていない状態では、バネ19の付勢力によって可動部16がクラッチディスク部22に圧接し、内燃機関始動用プーリ18は、モータ軸8aの回転に伴って回転する。
【0028】
一方、電磁コイル13に通電した状態では、電磁コイル13に供給される電流量の増大に応じて、可動部16によるクラッチディスク部22に対する圧接力が弱まり、伝達トルクは減少し、最大電流を供給することにより、可動部16によるクラッチディスク部22に対する圧接が解除され、内燃機関始動用プーリ18への伝達トルクは零となる。
【0029】
しかして、車両停止時は内燃機関4を停止するが、運転状態を維持する必要のある一部の補機9に対して動力を供給するため、第2クラッチ11を切断状態(伝達トルクを零)にして第2モータ8により補機9を駆動する。即ち、電磁コイル13にバネ19の付勢力(押付力)よりも大きい電磁力(引付力)が発生するようなコイル電流を供給し、可動部16を停止部15側にスライドさせ、可動部16のクラッチディスク部22に対する圧接を解除する。
【0030】
これにより、可動部16とクラッチディスク部22間の動力伝達が遮断され、内燃機関始動用プーリ18に対してモータ4の駆動力は伝達されない。このとき、第2モータ11は通常のアイドリング回転相当の出力で運転されている。
【0031】
この状態から、内燃機関4を始動するための内燃機関始動指令信号を受けた場合には、第2モータ8が最大トルクで運転されるように電流を供給し、これと同時に第2クラッチ11を接続状態にする。即ち、第2クラッチ11の電磁コイル13の電磁力を低下させるようにコイル電流を低下させ、バネ19の付勢力によって可動部16を停止部15に対して反対方向にスライドせしめ、可動部16とクラッチディスク部22との摩擦力により第2モータ8のトルクを内燃機関4のクランク軸に伝達する。
【0032】
このときの第2クラッチ11の伝達トルク容量Tcは、可動部16への押付力をPとすると、
Tc=(4/3)×n×μ×P×(Ro3−Ri3)/(Ro2−Ri2)
となる。
【0033】
ここで、nはクラッチディスク部のディスク枚数、μは摩擦係数、Roはクラッチディスク部の外径、Riはクラッチディスク部の内径である。
【0034】
また、内燃機関4の始動時のトルク式は、第2モータ8の出力トルクをTmとすると、Tm=Im×dω/dt+Tc となる。ここで、Imは補機を含む第2モータ側のモータ軸上慣性、ωはモータ軸の角速度である。このとき、モータ軸8aの角速度(回転速度)を低下させないためには、即ち、dω/dt≧0とするためには、第2クラッチ11の伝達トルク容量Tcを、Tc≦Tmとなるように設定すればよい。
【0035】
この実施形態では、第2モータ8としては、一般に低速高トルク型と呼ばれているもので、図3に示されているようなトルク特性のものを採用している。内燃機関始動時の使用領域A及び補機駆動時の使用領域Bは、それぞれ図示のような範囲であり、内燃機関始動時には停止している内燃機関4を自律運転可能な回転数まで極力早く立ち上げるために、第2モータ8を最大トルクで駆動する。
【0036】
この時、前述のようにモータ軸8aの回転数(補機9の回転数)を低下させないためには、第2クラッチ11の伝達トルク容量Tcをモータ最大トルクよりも小さく設定し、相対回転を持ちながら内燃機関4及び補機9にトルクを伝達するようにしている。
【0037】
内燃機関4の回転数がアイドリング相当回転数まで上昇した後は、内燃機関4は自律運転に入り、補機9は内燃機関4により駆動されるので、第2モータ8の出力を零とすることができる。但し、この実施形態では燃費向上や排気浄化を図るため、第2モータ8を内燃機関4の出力をアシスト(補助)するように駆動している。
【0038】
図4は電磁コイル13へ供給するコイル電流との関係における第2クラッチ11の伝達トルク特性を示す図である。第2クラッチ11の伝達トルク容量Tcは、電磁コイル13へ供給するコイル電流が零のときに最大トルク容量となり、コイル電流が大きくなるにつれて伝達トルク容量は比例的に小さくなる。
【0039】
この特性は、図5に示されているように、電磁コイル13の電磁力が供給するコイル電流に比例して大きくなり、この電磁力はバネ19の付勢力を弱めるように作用するから、可動部16のクラッチディスク部22への押付力Pは、コイル電流が増大するにつれて小さくなることにより実現されるものである。なお、バネ19の付勢力は変位によって若干変化するが、巨視的には変位零と考えて良く、本実施形態ではバネ19の付勢力は変位にかかわらず一定としている。
【0040】
上述した本発明の実施形態によると、停車時には第2モータ8により補機9を駆動するようにしているから、停車時に内燃機関4を停止しても補機9を十分に機能させることができ、発進時には第2モータ8の駆動力を、供給するコイル電流によって伝達トルク容量の変更が可能な第2クラッチ11を制御して内燃機関4に分配して内燃機関4を始動させ、このとき第2モータ8の駆動力の一部を補機9に伝達するようにしているから、内燃機関始動時の内燃機関側慣性や機械的摩擦力等による補機9の性能低下(回転低下)を少なくすることができる。
【0041】
特に、本実施形態では、停車時(内燃機関停止時)には補機9を十分に機能させるために必要なトルク(アイドリング回転相当のトルク)で駆動し、発進時(内燃機関始動時)にはモータ最大トルクで駆動するようにしたから、補機9の性能を低下させることなく、内燃機関4を始動することができる。
【0042】
また、電磁コイル13へ供給するコイル電流が零である場合に、伝達トルク容量が最大となるようにしたから、何らかの電気系の障害等により、万一、第2クラッチ11が作動しないような場合においても、内燃機関4の始動が可能であり、車両の信頼性を向上することができる。
【0043】
なお、以上説明した実施形態は、本発明の理解を容易にするために記載されたものであって、本発明を限定するために記載されたものではない。したがって、上記の実施形態に開示された各要素は、本発明の技術的範囲に属する全ての設計変更や均等物をも含む趣旨である。
【0044】
例えば、本実施形態では、第2クラッチ11として、その構成が比較的に簡単である電磁力を用いた電磁クラッチを採用しているが、本発明はこれに限定されることはなく、油圧力、空気圧力、負圧力、その他の力を用いた方式のものを採用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施形態のハイブリッド自動車の要部構成を示す図である。
【図2】本発明の実施形態のハイブリッド自動車の第2クラッチの詳細構成を示す断面図である。
【図3】本発明の実施形態のハイブリッド自動車の第2モータのトルクと回転数との関係及び補機駆動時の使用領域と内燃機関始動時の使用領域を示す図である。
【図4】本発明の実施形態のハイブリッド自動車の第2クラッチの特性を示す図であり、コイル電流と伝達トルク容量の関係を示す図である。
【図5】本発明の実施形態のハイブリッド自動車の第2クラッチの特性を示す図であり、コイル電流と可動部のクラッチディスク部に対する押付力の関係を示す図である。
【符号の説明】
1…第1モータ
4…内燃機関
7…第1クラッチ
8…第2モータ
9…補機
10…第1ベルト伝動手段
11…第2クラッチ
12…第2ベルト伝動手段
13…電磁コイル
16…可動部
17…補機駆動用プーリ
18…内燃機関始動用プーリ
19…バネ
22…クラッチディスク部
Claims (3)
- モータと、該モータのトルクを補機に伝達する第1伝動手段と、該モータのトルクを内燃機関に伝達する第2伝動手段とを備え、車両停止時に該内燃機関を停止させるとともに、該モータにより該内燃機関を始動させるようにしたハイブリッド自動車の制御装置において、
前記モータと前記第2伝動手段の間に介装され、該モータが発生したトルクの該第2伝動手段に対する伝達トルクを自在に変更可能なクラッチ手段と、
内燃機関停止時には前記伝達トルクが零となるように、内燃機関始動時には該伝達トルクが前記モータが発生したトルクよりも小さくなるように前記クラッチ手段を制御する制御手段とを備えたことを特徴とするハイブリッド自動車の制御装置。 - 前記制御手段は、内燃機関停止時に発生するトルクよりも内燃機関始動時に発生するトルクが大きくなるように前記モータを制御することを特徴とする請求項1記載のハイブリッド自動車の制御装置。
- 前記クラッチ手段は、非通電時に伝達トルクが最大となり、供給される電流量が増大するにつれて伝達トルクが減少するようにした電磁クラッチであることを特徴とする請求項1記載のハイブリッド自動車の制御装置。
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