JP3575255B2 - ハイブリッド車の作動気筒数制御装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、負荷に応じて内燃機関の作動気筒数を変えるハイブリッド車の作動気筒数制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
作動気筒数を変更するときにスロットル開度を補正し、作動気筒数を変えたときのトルク変動を抑制するようにしたエンジンの可変気筒数制御装置が知られている（例えば、特開平５−１５７９号公報参照）。
【０００３】
しかし、一般のエンジンにはスロットル開度を調節してから実際に出力トルクが変化するまでに遅れがあり、エンジン固有の遅れに応じてスロットル開度を補正しなければならず、調整に時間がかかる。その上、正確に調整しないと作動気筒数を変えたときのトルク変動（トルクショック）を十分に抑制できないという問題がある。
【０００４】
本発明の目的は、作動気筒数を変えたときのトルク変動を抑制することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
（１） 請求項１の発明は、内燃機関と、内燃機関に機械的に連結された電動機Ａと、内燃機関にトルク伝達手段を介して機械的に連結された電動機Ｂと、電動機Ａと電動機Ｂに電力を供給するバッテリーとを備え、電動機Ｂから変速機を介して駆動輪に動力を伝達するハイブリッド車の作動気筒数制御装置であり、バッテリーの充電状態を検出する手段と、車速を検出する手段と、所要駆動力を検出する手段と、バッテリーの充電状態検出値、車速検出値、所要駆動力検出値および作動気筒数ごとの燃費情報とに基づいて、内燃機関の作動気筒数を決定する手段とを備える。
（２） 請求項２のハイブリッド車の作動気筒数制御装置は、内燃機関の出力トルクを検出する手段と、作動気筒数を増加する前に、トルク伝達手段の滑りが０になるように電動機Ａの回転速度を制御するとともに、トルク伝達手段の伝達トルクが内燃機関の出力トルク検出値と等しくなるように制御する駆動制御手段とを備える。
（３） 請求項３のハイブリッド車の作動気筒数制御装置は、駆動制御手段によって、作動気筒数増加後、トルク伝達手段の伝達トルクを増加するとともに、電動機Ａの回生トルクを徐々に低減して回転速度制御を終了するようにしたものである。
（４） 請求項４のハイブリッド車の作動気筒数制御装置は、作動気筒数を低減する前に、トルク伝達手段の滑りが０になるように電動機Ａの回転速度を制御し、トルク伝達手段の伝達トルクを低減するとともに、伝達トルク低減量だけ電動機Ｂの出力トルクを増加する駆動制御手段を備える。
（５） 請求項５のハイブリッド車の作動気筒数制御装置は、駆動制御手段によって、作動気筒数低減後、トルク伝達手段の伝達トルクを増加するとともに、電動機Ｂの出力トルクを低減するようにしたものである。
（６） 請求項６のハイブリッド車の作動気筒数制御装置は、駆動制御手段によって、作動気筒数低減後、電動機Ａの出力トルクを、内燃機関のトルクリップルと絶対値が等しく位相が逆のトルクに制御するようにしたものである。
（７） 請求項７のハイブリッド車の作動気筒数制御装置は、トルク伝達手段をパウダークラッチとしたものである。
【０００６】
【発明の効果】
（１） 請求項１の発明によれば、バッテリーの充電状態検出値、車速検出値、所要駆動力検出値および作動気筒数ごとの燃費情報とに基づいて、内燃機関の作動気筒数を決定するようにしたので、作動気筒数ごとに最少燃費で運転することができる上に、バッテリーの充電状態に応じて充電量を制御することができる。
（２） 請求項２の発明によれば、作動気筒数を増加する前に、トルク伝達手段の滑りが０になるように電動機Ａの回転速度を制御するとともに、トルク伝達手段の伝達トルクが内燃機関の出力トルク検出値と等しくなるように制御するようにしたので、作動気筒数を増加したときのトルク変動（トルクショック）を防止できる。
（３） 請求項３の発明によれば、作動気筒数増加後、トルク伝達手段の伝達トルクを増加するとともに、電動機Ａの回生トルクを徐々に低減して回転速度制御を終了するようにしたので、作動気筒数を増加したときのトルク変動を防止できる。
（４） 請求項４の発明によれば、作動気筒数を低減する前に、トルク伝達手段の滑りが０になるように電動機Ａの回転速度を制御し、トルク伝達手段の伝達トルクを低減するとともに、伝達トルク低減量だけ電動機Ｂの出力トルクを増加するようにしたので、作動気筒数を低減したときのトルク変動を防止できる。
（５） 請求項５の発明によれば、作動気筒数低減後、トルク伝達手段の伝達トルクを増加するとともに、電動機Ｂの出力トルクを低減するようにしたので、作動気筒数を低減したときのトルク変動を防止できる。
（６） 請求項６の発明によれば、作動気筒数低減後、電動機Ａの出力トルクを、内燃機関のトルクリップルと絶対値が等しく位相が逆のトルクに制御するようにしたので、作動気筒数低減後の内燃機関の回転ムラを抑制することができる。
（７） 請求項７の発明によれば、トルク伝達手段にパウダークラッチを用いたので、内燃機関から電動機への伝達トルクを正確に制御でき、作動気筒数増減時のトルク変動を十分に抑制できる。
【０００７】
【発明の実施の形態】
本発明を、低負荷時にはシリーズ・ハイブリッド車両ＳＨＥＶとして走行し、高負荷時には内燃機関で走行するシリーズ・パラレルハイブリッド車両ＳＰＨＶに応用した一実施の形態を説明する。なお、本発明はシリーズ・パラレルハイブリッド車両ＳＰＨＶに限定されず、走行中に内燃機関の機械出力と電動機の機械出力とをクラッチで切り換える方式のすべての車両に適用することができる。
【０００８】
図１、図２に一実施の形態の構成を示す。なお、図中の太い実線は機械力の伝達経路を示し、太い破線は電力の伝達経路を示し、細い実線は制御線を示す。
この車両のパワートレインは、モーター１、エンジン２、クラッチ３、モーター４、変速機５，動力伝達機構６から構成される。モーター１の出力軸、エンジン２の出力軸およびクラッチ３の入力軸は互いに連結されており、また、クラッチ３の出力軸、モーター４の出力軸および変速機５の入力軸は互いに連結されている。クラッチ３の投入時はモーター１、エンジン２およびモーター４が車両の推進源となり、クラッチ３の解放時はモーター４のみが車両の推進源となる。
【０００９】
モーター１および４には交流誘導電動機、交流同期電動機あるいは直流電動機などを用いることができる。また、エンジン２にはガソリン・エンジンやディーゼル・エンジンなどを用いることができる。クラッチ３はパウダークラッチであり、伝達トルクを調節することができる。なお、クラッチ３はパウダークラッチに限定されず、伝達トルクを制御できるものであればどのような断続器でもよい。変速機４はベルト式変速機ＣＶＴであり、変速比を無段階に調節することができる。なお、変速機４にギア式変速機を用いることもできる。
【００１０】
モーター１、エンジン２、クラッチ３、モーター４および変速機５はそれぞれ、制御装置８〜１２により駆動制御される。モーター１、４に交流電動機を用いる場合にはモーター制御装置８、１１にインバーターを用い、モーター１、４の回生交流電力を直流電力に変換して高圧バッテリー１４を充電するとともに、高圧バッテリー１４の直流電力を交流電力に変換してモーター１、４へ供給する。モーター１、４に直流電動機を用いる場合にはモーター制御装置８、１１にＤＣ／ＤＣコンバーターを用い、モーター１、４の回生直流電力を所定の電圧に調節して高圧バッテリー１４を充電するとともに、高圧バッテリー１４の直流電力を所定の電圧に調節してモーター１、４へ供給する。いずれの場合も、モーター制御装置８、１１はモーター１、４の回転速度、出力トルクを制御することができる。
【００１１】
エンジン制御装置９は各種アクチュエータや機器を備え、エンジン２の燃料噴射制御、点火制御、作動気筒数制御などを行う。クラッチ制御装置３はパウダークラッチ３の励磁電流を変えて伝達トルクを制御する。また、変速機制御装置１２は変速機５の変速比を制御する。
【００１２】
車両コントローラー１３はマイクロコンピューターとその周辺部品から構成され、制御装置８〜１２を制御して車両自体の動作、機能を制御する。車両コントローラー１３には、図２に示すように、アクセルペダルの踏み込み量を検出するアクセルセンサー１５、車両の走行速度を検出するための車速センサー１６、エンジン２の回転速度を検出するための回転センサー１７、クラッチ３の出力軸の回転速度を検出するための回転センサー１８、エンジン２のスロットルバルブ開度を検出するスロットル開度センサー１９、高圧バッテリー１４の充電状態ＳＯＣ（Ｓｔａｔｅ Ｏｆ Ｃｈａｒｇｅ）を検出する装置２０などが接続される。
【００１３】
図３は作動気筒数制御プログラムを示すフローチャートである。このフローチャートにより、一実施の形態の動作を説明する。
車両コントローラー１３は、所定時間ごとにこの作動気筒数制御プログラムを実行する。ステップ１において、センサー１５、１６、１７からそれぞれアクセルペダルの踏み込み量、車速およびエンジン回転速度を読み込み、続くステップ２で、バッテリーＳＯＣ検出装置２０から高圧バッテリー１４の充電状態ＳＯＣを読み込む。
【００１４】
ステップ３で、作動気筒数を決定する。具体的には、まず、乗員の要求駆動力を表すアクセルペダル踏み込み量と車速とに基づいて所要駆動軸トルクを演算する。このとき、高圧バッテリー１４の充電状態ＳＯＣを考慮し、ＳＯＣが低いほど要求駆動力を増加する。次に、所要駆動軸トルクと変速機５の変速比とに基づいてエンジン２の出力軸における所要トルクを演算する。そして、作動気筒数ごとに予め測定されたエンジン回転速度と出力トルクと等燃費線との関係を示すマップから、所要回転速度と所要トルクを満たし、且つ、最小燃費となる作動気筒数を決定する。
【００１５】
ステップ４で、作動気筒数を増加するかどうかを確認し、増加する場合はステップ５へ進む。ステップ５では、図４に示す作動気筒数増加ルーチンを実行する。一方、作動気筒数を増加しない場合はステップ６へ進み、作動気筒数を低減するかどうかを確認する。作動気筒数を低減する場合はステップ７へ進み、図５に示す作動気筒数低減ルーチンを実行する。なお、作動気筒数の増減がない場合はこの作動気筒数制御を終了する。
【００１６】
図５は、作動気筒数増加時のエンジントルク、クラッチ伝達トルク、モーター１の回生トルクの変化を示す図である。この図を参照しながら、図４に示す作動気筒数増加ルーチンを説明する。
ステップ１１で、クラッチ３の出力軸回転速度を目標回転速度とするモーター１の回転速度制御を開始する。この時点ではまだクラッチ３が締結状態にあるので、クラッチ３の入出力軸の回転速度は機械的に一致している。ステップ１２において、エンジン２の出力トルクを検出する。具体的には、予め測定したエンジン２の回転速度と出力トルクとスロットル開度との関係を示すマップから、現在の回転速度とスロットル開度に対応する出力トルクを表引き演算し、出力トルクを推定する。
【００１７】
ステップ１３で、クラッチ３の伝達トルクがエンジン２の出力トルク推定値に等しくなるように、クラッチ３の励磁電流を調節する。図５に示すように、時刻ｔ０でエンジントルク推定値Ｔ１に相当する励磁電流をパウダークラッチ３の電磁コイルに通電すると、電磁コイルのインダクタンスによる遅れのために時刻ｔ１でクラッチ伝達トルクがＴ１になる。クラッチ伝達トルクがエンジントルク推定値Ｔ１になったら、ステップ１４で作動気筒数を増加する（図５の時刻ｔ２）。これにより、図５に示すように作動気筒数が増加した分（Ｔ２）だけエンジントルクが増加する（図５の時刻ｔ２〜ｔ３）。
【００１８】
このとき、エンジントルクの増加によりエンジン２の回転速度が増加しようとするが、クラッチ出力軸回転速度を目標回転速度とするモーター１の回転速度制御を行っているので、モーター１はエンジントルクの増加分（Ｔ２）に等しい回生トルクを発生してエンジン回転速度の増加を抑制し、クラッチ３の入出力軸回転速度差、すなわちクラッチ３の滑りを０にする。
【００１９】
ステップ１５において、クラッチ３の滑りが０かどうかを確認し、滑りが０になったらステップ１６へ進み、クラッチ３の励磁電流を増加してクラッチ伝達トルクを増やすとともに、モーター１の回生トルクを徐々に低減して回転速度制御を終了する（図５の時刻ｔ４〜ｔ６）。クラッチ３が締結し、モーター１の回生トルクが０になった時刻ｔ６では、クラッチ出力軸のトルクがエンジントルク（Ｔ１＋Ｔ２）と等しくなる。
【００２０】
図７は、作動気筒数低減時のエンジントルク、クラッチ伝達トルクおよびモーター１、４の出力トルクの変化を示す図である。この図を参照しながら、図６に示す作動気筒数低減ルーチンを説明する。
ステップ２１で、クラッチ３の出力軸回転速度を目標回転速度とするモーター１の回転速度制御を開始する。この時点ではまだクラッチ３が締結状態にあるので、クラッチ３の入出力軸の回転速度は機械的に一致している。ステップ２２において、上述した方法によりエンジン２の出力トルクを推定する。ここでは、図７に示すようにエンジントルク推定値をＴ３とし、作動気筒数低減による低減トルク推定値をＴ４とする。
【００２１】
ステップ２３において、クラッチ伝達トルクを低減するとともに、モーター４の出力トルクを増加する（図７の時刻ｔ１１〜ｔ１２）。このとき、図７に示すように、クラッチ伝達トルクの減少分Ｔ４とモーター４の出力トルクの増加分Ｔ４が常に等しくなるように、各トルクを増減する。これにより、クラッチ伝達トルクの減少分とモータートルクの増加分が相殺されてクラッチ出力軸におけるトルクが変化せず、エンジントルクＴ３のままとなる。
【００２２】
一方、エンジン２の出力トルクが一定のままでクラッチ伝達トルクを減少させると、エンジン２の回転速度が増加しようとするが、クラッチ出力軸回転速度を目標回転速度とするモーター１の回転速度制御を行っているので、クラッチ伝達トルクが減少した分だけモーター１の回生トルクが増加し（図７の時刻ｔ１１〜ｔ１２）、エンジン２の吹き上がりが防止される。
【００２３】
クラッチ伝達トルクとモーター４の出力トルクの増減が終了したら、ステップ２４で作動気筒数を低減する（図７の時刻ｔ１３）。これにより、図７に示すように作動気筒数が減少した分（Ｔ４）だけエンジントルクが減少する（図７の時刻ｔ１３〜ｔ１４）。
【００２４】
このとき、エンジントルクの減少によりエンジン２の回転速度が減少しようとするが、クラッチ出力軸回転速度を目標回転速度とするモーター１の回転速度制御を行っているので、エンジン回転速度は低下せず、エンジントルクが減少した分だけモーター１の回生トルクが減少する（図７の時刻ｔ１３〜ｔ１４）。そして、クラッチ３の入出力軸回転速度差、すなわちクラッチ３の滑りは０になる。
【００２５】
ステップ２５においてクラッチ３の滑りが０かどうかを確認し、滑りが０になったらステップ２６へ進み、クラッチ３の励磁電流を増加してクラッチ伝達トルクを増加するとともに、モーター４の出力トルクを低減する。クラッチ３が締結し、モーター４の出力トルクが０になった時刻ｔ１６では、クラッチ出力軸のトルクがエンジントルク（Ｔ３−Ｔ４）と等しくなる。
【００２６】
なお、作動気筒数の低減処理が完了した後も、モーター１の回転速度制御を継続する。一般に、エンジン２の作動気筒数を減らすとトルクリップルが増加する。そこで、ステップ２７において、作動気筒数低減時はモーター１によりエンジン２のトルクリップル吸収制御を行う（図７の時刻ｔ１４以降）。
【００２７】
図８は、作動気筒数低減時のモーター１のトルクリップル吸収制御を示す制御ブロック図である。
エンジン回転速度Ｎｅにはトルクリップルに比例した回転速度のリップルが含まれているので、ローパスフィルター１３ａを通してエンジン回転速度Ｎｅの平均値を求め、減算器１３ｂでエンジン回転速度Ｎｅから平均値を差し引いて回転速度のリップル分、すなわち回転ムラΔＮｅを求める。そして、ＰＩ制御器１３ｃにより回転ムラΔＮｅからモーター１のトルク指令値τ＊を演算し、モーター制御装置８へへ出力する。モーター制御装置８は、モーター１の出力トルクがトルク指令値τ＊に一致するようにトルク制御を行う。これにより、図７に示すように（時刻ｔ１４以降）、エンジン２のトルクリップルと位相が逆で絶対値が等しいトルクがモーター１から出力され、エンジン２のトルクリップルとモーター１の出力トルクとが相殺されて、エンジン２のトルクリップルが吸収される。なお、ローパスフィルター１３ａ、減算器１３ｂ、ＰＩ制御器１３ｃは、車両コントローラー１３のマイクロコンピューターのソフトウエア形態で構成される。
【００２８】
以上の一実施の形態の構成において、エンジン２が内燃機関を、モーター１が電動機Ａを、モーター４が電動機Ｂを、クラッチ３がトルク伝達手段を、高圧バッテリー１４がバッテリーを、変速機５が変速機を、バッテリーＳＯＣ検出装置２０がバッテリー充電状態検出手段を、車速センサー１６が車速検出手段を、アクセルセンサー１５が所要駆動力検出手段を、車両コントローラー１３が作動気筒数決定手段およびトルク検出手段を、モーター制御装置８、１１、クラッチ制御装置１０および車両コントローラー１３が駆動制御手段をそれぞれ構成する。
【図面の簡単な説明】
【図１】一実施の形態の構成を示す図である。
【図２】図１に続く、一実施の形態の構成を示す図である。
【図３】作動気筒数制御プログラムを示すフローチャートである。
【図４】作動気筒数増加ルーチンを示すフローチャートである。
【図５】作動気筒数増加時のエンジントルク、クラッチ伝達トルクおよびモーター回生トルクの変化を示す図である。
【図６】作動気筒数低減ルーチンを示すフローチャートである。
【図７】作動気筒数低減時のエンジントルク、クラッチ伝達トルクおよびモーター出力トルクを示す図である。
【図８】作動気筒数低減時のモーターによるエンジントルクリップル吸収制御を示す制御ブロック図である。
【符号の説明】
１，４ モーター
２ エンジン
３ クラッチ
５ 変速機
６ 動力伝達機構
７ 駆動輪
８，１１ モーター制御装置
９ エンジン制御装置
１０ クラッチ制御装置
１２ 変速機制御装置
１３ 車両コントローラー
１３ａ ローパスフィルター
１３ｂ 減算器
１３ｃ ＰＩ制御器
１４ 高圧バッテリー
１５ アクセル開度センサー
１６ 車速センサー
１７ エンジン回転センサー
１８ クラッチ出力軸回転センサー
１９ スロットル開度センサー
２０ バッテリーＳＯＣ検出装置

Claims (7)

1. 内燃機関と、
   前記内燃機関に機械的に連結された電動機Ａと、
   前記内燃機関にトルク伝達手段を介して機械的に連結された電動機Ｂと、
   前記電動機Ａと前記電動機Ｂに電力を供給するバッテリーとを備え、
   前記電動機Ｂから変速機を介して駆動輪に動力を伝達するハイブリッド車の作動気筒数制御装置であって、
   前記バッテリーの充電状態を検出する手段と、
   車速を検出する手段と、
   所要駆動力を検出する手段と、
   バッテリーの充電状態検出値、車速検出値、所要駆動力検出値および作動気筒数ごとの燃費情報とに基づいて、前記内燃機関の作動気筒数を決定する手段と、を備えることを特徴とするハイブリッド車の作動気筒数制御装置。
2. 請求項１に記載のハイブリッド車の作動気筒数制御装置において、
   前記内燃機関の出力トルクを検出する手段と、
   作動気筒数を増加する前に、前記トルク伝達手段の滑りが０になるように前記電動機Ａの回転速度を制御するとともに、前記トルク伝達手段の伝達トルクが前記内燃機関の出力トルク検出値と等しくなるように制御する駆動制御手段とを備えることを特徴とするハイブリッド車の作動気筒数制御装置。
3. 請求項２に記載のハイブリッド車の作動気筒数制御装置において、
   前記駆動制御手段は、作動気筒数増加後、前記トルク伝達手段の伝達トルクを増加するとともに、前記電動機Ａの回生トルクを徐々に低減して回転速度制御を終了することを特徴とするハイブリッド車の作動気筒数制御装置。
4. 請求項１に記載のハイブリッド車の作動気筒数制御装置において、
   作動気筒数を低減する前に、前記トルク伝達手段の滑りが０になるように前記電動機Ａの回転速度を制御し、前記トルク伝達手段の伝達トルクを低減するとともに、前記伝達トルク低減量だけ前記電動機Ｂの出力トルクを増加する駆動制御手段を備えることを特徴とするハイブリッド車の作動気筒数制御装置。
5. 請求項４に記載のハイブリッド車の作動気筒数制御装置において、
   前記駆動制御手段は、作動気筒数低減後、前記トルク伝達手段の伝達トルクを増加するとともに、前記電動機Ｂの出力トルクを低減することを特徴とするハイブリッド車の作動気筒数制御装置。
6. 請求項４または請求項５に記載のハイブリッド車の作動気筒数制御装置において、
   前記駆動制御手段は、作動気筒数低減後、前記電動機Ａの出力トルクを、前記内燃機関のトルクリップルと絶対値が等しく位相が逆のトルクに制御することを特徴とするハイブリッド車の作動気筒数制御装置。
7. 請求項１〜６のいずれかの項に記載のハイブリッド車の作動気筒数制御装置において、
   前記トルク伝達手段はパウダークラッチであることを特徴とするハイブリッド車の作動気筒数制御装置。

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