JP3714289B2 - ハイブリッド車両の制御装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、車両の駆動源としてエンジンとモータジェネレータとを併用するハイブリッド車両の制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、主として燃費の向上を図るために、車両の駆動源としてエンジンとモータジェネレータとを併用するハイブリッド車両が注目されている。特開２０００−２６４０９８号公報のハイブリッド車両では、エンジンと駆動輪との動力伝達経路にクラッチを介装し、このクラッチと駆動輪との動力伝達経路にモータジェネレータを介装している。クラッチには、パウダークラッチや油圧多板クラッチのように、摩擦力を利用して動力を伝達する摩擦クラッチが用いられている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
モータ走行中等にエンジンを起動又は停止する場合には、大きく変動するエンジントルクが駆動輪側へ直接的に作用することのないように、クラッチを開放状態にすれば良い。しかしながら、上記のような摩擦クラッチでは、その構造上、クラッチが開放している状態であっても、このクラッチを経由してエンジン側から駆動輪側へ不可避的に所定の伝達トルクが伝達されてしまう。従って、たとえクラッチが開放状態となっていても、エンジントルクが大きく変動するエンジンの起動又は停止時には、上記の伝達トルクに起因して予期せぬトルク変動が生じ、運転者に違和感を与えるおそれがある。
【０００４】
上記の伝達トルクを可及的に小さくするためには、上述したような摩擦クラッチに代えて、例えばドグクラッチのように動力の伝達をほぼ完全に遮断し得る形式のクラッチを用いれば良い。しかしながら、このように動力の伝達を完全に遮断し得るクラッチは、上記の摩擦クラッチに比して、接続及び切断に要する時間が長くなり、駆動輪に対するエンジントルクの伝達が遅れ、そのレスポンスが低下してしまう。本発明は、このような事情に鑑みてなされたものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明の制御装置が適用されるハイブリッド車両では、エンジンと駆動輪との動力伝達経路にクラッチが設けられ、このクラッチと駆動輪との動力伝達経路に、力行運転及び回生運転の双方が可能なモータジェネレータが設けれる。クラッチの開放状態で、エンジンを起動又は停止する場合には、クラッチを経由してエンジン側から駆動輪側へ不可避的に伝達する伝達トルクを演算し（伝達トルク演算手段）、この伝達トルクを打ち消すように、上記モータジェネレータをトルク制御する（トルク制御手段）。
【０００６】
【発明の効果】
本発明によれば、クラッチ開放状態でエンジンを起動又は停止する場合に、エンジン側から駆動輪側に作用する伝達トルクを演算・推定し、この伝達トルクをモータジェネレータによりキャンセルすることができるため、運転車に違和感を与えることがなく、その運転性が向上する。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図示実施例に基づいて詳細に説明する。図１は、本発明の第１及び第２実施例が適用されるハイブリッド車両の概略構成を示している。このハイブリッド車両は、駆動源としてエンジン１とモータジェネレータ２，４とを併用している。エンジン１は、ガソリンや軽油のような燃料を燃焼することにより駆動力を発生し、クランクシャフト（第１軸）１ａを回転駆動する。各モータジェネレータ２，４は、電力を蓄わえるバッテリ５及び周知のインバータ（図示省略）に接続された交流モータジェネレータであって、力行運転及び回生運転の双方を行うことができる。発電用モータジェネレータ２は、主としてクランクシャフト１ａにより回転駆動されて発電を行う発電機として機能し、かつ、エンジン始動時にクランクシャフト１ａをクランキングするエンジン始動用モータとしての機能を兼用している。走行用モータジェネレータ４は、主として第２軸７を回転駆動する走行用電動機として機能し、単独又はエンジン１と協動して駆動輪１１を回転駆動する。この走行用モータジェネレータ４は、後述するように車両減速時には回生運転により発電を行う。
【０００８】
駆動源の駆動力は、自動変速機６，ディファレンシャルギヤ９，及びドライブシャフト（第３軸）１０を経由して、一対の駆動輪１１へ伝達される。自動変速機６は、駆動源の駆動力を無段階・連続的に変速して駆動輪１１へ伝達するトロイダル式又はベルト式の無段変速機である。なお、自動変速機６として有段式の自動変速機を用いることもできる。
【０００９】
エンジン１と駆動輪１１との動力伝達経路には、動力の伝達を断続するクラッチ３が介装され、このクラッチ３と駆動輪１１との動力伝達経路に、上記の走行用モータジェネレータ４が設けられている。エンジン走行時にはクラッチ３が締結され、アイドリングストップ中やモータ走行中にはクラッチ３が切られることとなる。クラッチ３のドライブ側には、エンジン１のクランクシャフト１ａと同期して回転する発電用モータジェネレータ２の回転軸が連結されている。クラッチ３のドリブン側には、クランクシャフト１ａと同軸上に配置される自動変速機６の入力軸（第２軸）７が連結されており、この入力軸の他端に走行用モータジェネレータ４が連結されている。
【００１０】
制御装置１３は、ＣＰＵ，ＲＯＭ，ＲＡＭ及び入出力インターフェースを備えた周知のマイクロコンピュータシステムであって、図示せぬ車速センサ，エンジン回転数センサ，アクセル開度センサ等の各種センサ類の検出信号に基づいて、エンジン１、モータジェネレータ２，４、クラッチ３、及び自動変速機６へ制御信号を出力し、その動作を制御する。
【００１１】
この制御装置１３は、ＲＯＭ上に予め格納されているプログラムを実行することにより、それぞれの構成部品が得意とする機能，性能を活かして所定の機能を実現する。例えば、主として燃費の向上及び排気の浄化を図るために、交差点待ちのような車両の一時停止時にエンジンの自動停止すなわちアイドリングストップを行い、エンジン効率の良くないエンジン低速走行をモータジェネレータのみを駆動源とするモータ走行へ切り換え、自動変速機６によるエンジン作動点の高効率化を行い、更には車両減速時や制動時の車両運動エネルギーをモータジェネレータ２，４により回生する。
【００１２】
走行用モータジェネレータ４のみを駆動源とするモータ走行中には、エンジンフリクションを軽減するために、クラッチ３を開放し、エンジン１を駆動輪１１から切り離す。これにより、走行用モータジェネレータ４の駆動エネルギーを軽減し、燃費向上を図ることができる。また、車両減速時や制動時にモータジェネレータ２，４を回生運転する場合にも、エンジンフリクションを軽減するために、クラッチ３を開放し、エンジン１を駆動輪１１から切り離す。これにより、エンジンフリクションに費やされる分の回生エネルギーを増加でき、燃費向上を図ることができる。
【００１３】
クラッチ３は、例えば周知の油圧多板クラッチやパウダークラッチのように、摩擦力を利用して伝達トルクを滑らかに切換可能な汎用的な摩擦クラッチを用いている。このような摩擦クラッチでは、クラッチ開放状態としても、その構造上、オイルの剪断力や機械摩擦等に起因して、クラッチ３を経由してエンジン１側から駆動輪１１側へ所定の伝達トルクが不可避的に伝達されてしまう。このため、上述したモータ走行中，車両減速時，あるいは制動時のように、クラッチ３を開放している車両走行中に、エアコンのような補機類の起動・停止、バッテリ５の蓄電量（ＳＯＣ）の変動、更にはエンジン走行への切換要求等に応じて、エンジン１の起動・停止を行う場合に、エンジンのトルク変動が大きいエンジン起動・停止の直後に、上記の伝達トルクに基づいて予期せぬトルク変動が作用し、運転者に違和感を与えるおそれがある。
【００１４】
そこで、クラッチ開放状態でエンジン１を起動又は停止するときには、上記の伝達トルクを推定・演算し、この伝達トルクをキャンセルするように、走行用モータジェネレータ４をトルク制御する。これにより、伝達トルクが車両挙動に与える影響を排除し、運転者に違和感を与えることがなく、車両運転性の向上を図ることができる。
【００１５】
図２を参照して、上記の伝達トルクが生じる理由について、油圧式の摩擦クラッチを例にとって考察する。クラッチ締結時（ｂ）には、入力側のクラッチ盤Ａと出力側のクラッチ盤Ｂとを軸方向に圧接し、クラッチの非締結時すなわち開放時（ａ１）には、両クラッチ盤Ａ，Ｂを軸方向に離間させる。このクラッチ開放時には、クラッチ盤Ａ，Ｂの間には粘性流体であるオイルが充填されているため、図２（ａ２）に示すように、クラッチ盤Ａが回転すると、クラッチ盤Ａ，Ｂの間に充填されるオイルの粘性によって、矢印Ｙに示すような剪断力すなわち伝達トルクがクラッチ盤Ｂに作用する。クラッチ開放状態における両クラッチＡ，Ｂ間の軸方向距離ΔＤを長くすると、上記の伝達トルクは小さくなる反面、クラッチの切換応答性が低下するため、実際には、上記の距離ΔＤを過度に大きくすることはできず、伝達トルクをほぼ完全になくすことはできない。
【００１６】
図３は、本発明の第１実施例に係る制御の流れを示すフローチャートである。このルーチンは、制御装置１３により所定期間（例えば１０ｍｓ）毎に実行される。Ｓ（ステップ）１０１ではクラッチ３が開放状態であるかを判定し、Ｓ１０２ではエンジン１の起動フラグがＯＦＦからＯＮへ切り換えられたかを判定する。この起動フラグは、図示せぬ他のルーチンにより、エンジンの起動中はＯＮに、エンジンの停止中はＯＦＦに設定される。クラッチ開放状態でエンジンを起動した場合、Ｓ１０１及びＳ１０２の判定が肯定されてＳ１０３〜Ｓ１０５へ進む。Ｓ１０３では、クラッチ３の油温を読み込む。Ｓ１０４では、主としてＳ１０３で読み込まれたクラッチの油温に基づいて、上記のクラッチ３を経由してエンジン１側から駆動輪１１側へ不可避的に伝達する伝達トルクすなわち補正トルクを演算する。Ｓ１０５では、補正トルクを相殺・キャンセルするように、走行用モータジェネレータ４のモータ指令トルクを設定する。具体的には、アクセル開度等に基づいて設定される駆動力要求トルクから上記の補正トルクを差し引いた値をモータ指令トルクに設定する。このモータ指令トルクを目標値として走行用モータジェネレータ４がトルク制御される。
【００１７】
図４は、クラッチ非締結時の伝達トルクである引きずりトルクが、主としてクラッチの油温に依存する場合の特性を示している。個々のクラッチにより多少の特性差はあるものの、基本的には、クラッチの油温が低くなるほど、オイルの粘度が高くなるため、引きずりトルクが大きくなる傾向にある。従って、クラッチの油温が低くなるほど、引きずりトルクを打ち消すためのモータトルクの補正量も大きくなる。
【００１８】
図５は、クラッチの非締結時の伝達トルクである引きずりトルクが、主としてクラッチのドライブ側とドリブン側の前後回転数差（回転速度差）に依存する場合の特性を示している。個々のクラッチにより多少の特性差はあるものの、基本的には、クラッチ前後回転数差が大きくなるほど、引きずりトルクが大きくなる傾向にある。従って、クラッチ前後回転数差が大きくなるほど、引きずりトルクをキャンセルするモータトルクの補正量も大きくなる。このように伝達トルクが主としてクラッチ前後回転数差に依存する場合、図３のＳ１０３でクラッチ前後回転数差を読み込み、Ｓ１０４では、主としてクラッチ前後回転数差に基づいて伝達トルクを演算すれば良い。
【００１９】
図６は、クラッチ開放状態でのエンジン起動時のタイムチャートを示している。伝達トルクを何ら考慮しない比較例では、エンジン起動直後に不可避的に作用する伝達トルクの影響によって、最下段に示すように車両前後方向加速度（Ｇ）が生じ、運転者に違和感を与えてしまう。これに対して本実施例では、不可避的に生じる伝達トルクを演算し、この伝達トルクをキャンセルするように走行用モータジェネレータ４をトルク制御しているため、エンジン起動に伴う車両前後方向加速度（Ｇ）の変動が解消され、運転者に予期せぬ加速感を与えることがなく、車両運転性が向上する。また、クラッチ油温が低いほど伝達トルクが増加するが、図４に示すような特性のマップやテーブルを参照して伝達トルクを推定することにより、クラッチ油温に応じて適正に伝達トルク及び補正トルクを求めることができる。
【００２０】
図７は、クラッチ開放状態でのエンジン停止時のタイムチャートを示している。車両走行中にエンジンを停止した場合、エンジン停止直後にエンジントルクが急激に低下するために、クラッチ開放状態であっても、クラッチ３を経由してエンジン１側から駆動輪１１側へ負の伝達トルクが不可避的に作用する。この伝達トルクは、上述した起動時の伝達トルクと同様、クラッチの油温や回転数差に応じて増減する特性を有している。そこで好ましくは、このようなクラッチ開放状態でのエンジン停止時にも、上記の伝達トルクを算出し、この伝達トルクをキャンセルするように、走行用モータジェネレータ４をトルク制御する。例えば図３のルーチンでは、Ｓ１０２においてエンジン起動フラグがＯＮからＯＦＦへ切り換えられたか、すなわちエンジン停止時であるかを判定し、肯定されれば、Ｓ１０３〜Ｓ１０５へ進み、主としてクラッチの油温（又は前後回転数差）に基づいて補正トルクを算出し、この補正トルクに基づいてモータ指令トルクを算出する。これにより、エンジン始動直後の車両前後方向加速度（Ｇ）をキャンセルすることができ、運転者に予期せぬ減速感を与えることがなく、運転性が向上する。
【００２１】
図８は、本発明の第２実施例に係る制御の流れを示すフローチャートで、図９は、そのタイムチャートである。この第２実施例では、駆動輪の実駆動力を目標駆動力に維持するように、走行用モータジェネレータ４の出力トルクをフィードバック制御している。
【００２２】
クラッチが開放状態であり、かつ、エンジンの起動時（又は停止時）には、Ｓ３０１及びＳ３０２が肯定されてＳ３０３へ進み、アクセル開度等に基づいてモータトルク指令値を設定し、読み込む。Ｓ３０４では、このモータトルク指令値に基づいて、駆動輪の指令値推定駆動力（目標駆動力）Ｆｏｒｄｅｒを演算する。Ｓ３０６では、Ｓ３０５で読み込まれる実車速、加速度に基づいて、駆動輪の実駆動力Ｆｒｅａｌを推定する。これら実駆動力Ｆｒｅａｌと目標駆動力Ｆｏｒｄｅｒとの差が、クラッチ開放状態でエンジン側から駆動輪側へ不可避的に作用する伝達トルク及びこれをキャンセルする補正トルクに相当する（Ｓ３０７）。従って、Ｓ３０８では、この補正トルクに基づいてモータトルク指令値を補正する。具体的には、駆動力要求トルク（モータトルク指令値）から補正トルクを差し引くことによりモータ指令トルクを演算する。このモータ指令トルクを目標値として走行用モータジェネレータ４がトルク制御される。
【００２３】
このように、クラッチ開放状態でのエンジン起動時（又は停止時）には、駆動輪の実駆動力を目標駆動力に維持するように、走行用モータジェネレータ４の出力トルクをフィードバック制御することにより、上記の伝達トルクがフィードバック補正量として逐次反映され、この伝達トルクに起因して運転者に予期せぬ加速感や減速感を与えることがなく、要求通りの駆動力を実現できるため、車両運転性が向上する。
【００２４】
図１０は、第３実施例に係る制御装置が適用されるハイブリッド車両の概略構成を示している。なお、上述した実施例と実質的に同一部分には同一参照符号を付し、重複する説明を適宜省略する。
【００２５】
この実施例では、上述したクラッチ３に加えて、補助クラッチ１２が走行用モータジェネレータ４と駆動輪１１との動力伝達経路に設けられている。この補助クラッチ１２は、上記クラッチ３のようにクラッチの開放時に油などを介して動力が不可避的に伝達される（摩擦力により動力を伝達する）摩擦クラッチではなく、好ましくは動力の伝達をほぼ完全に遮断できるものであり、典型的にはドグクラッチのような噛み合い式クラッチである。
【００２６】
クラッチ３及び補助クラッチ１２の双方が開放状態にあり、車両停止中で、かつ、エンジンが稼動状態である所定の学習条件が成立するときに、走行用モータジェネレータ４にトルクが伝達していれば、このトルクが、クラッチ３を経由してエンジン１側から駆動輪１１側へ伝達する伝達トルクであると考えられる。従って、上記学習条件が成立するときには、走行用モータジェネレータ４に伝達するトルクを伝達トルクの学習値として制御装置１３のＲＡＭに記憶あるいは更新する。クラッチ３及び補助クラッチ１２の双方が開放状態で、かつ、エンジンを起動又は停止するときには、最新の伝達トルクの学習値に基づいて走行用モータジェネレータ４の指令トルクを補正すれば良い。上記伝達トルクの学習値の記憶方法として、そのときのクラッチの油温や回転数差なども同時に読み込み、これらをマップ形式で記憶・更新することにより、その補正精度が更に向上する。
【００２７】
図１１は、この第３実施例に係る制御の流れを示すフローチャートである。クラッチ３が開放状態で、エンジンが稼動中で、かつ、車両駆動要求がなければ、Ｓ４００，Ｓ４０１，Ｓ４０２が肯定されてＳ４０３へ進み、補助クラッチ１２を開放する。これにより上記の学習条件が成立し、クラッチ開放時の伝達トルクを測定し（Ｓ４０４）、この伝達トルクを学習値（補正トルク）として記憶・更新する（Ｓ４０５）。
【００２８】
このように、現在の運転環境下におけるクラッチ３の引きずりトルク（伝達トルク）を、走行用モータジェネレータ４により直接的に測定するため、この引きずりトルクに起因するトルク変動を精度良く抑制することができる。
【００２９】
特に、走行用モータジェネレータ４と駆動輪１１との動力伝達経路に、動力の伝達をほぼ完全に遮断できる補助クラッチ１２が設けられ、この補助クラッチ１２の開放時に上記学習値の測定を行っているために、他のコンポーネントの影響を極力排除した状況で学習値の測定が行われることとなり、その測定精度に優れている。
【００３０】
以上のように本発明を具体的な実施例に基づいて説明してきたが、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で、種々の変形・変更を含むものである。例えば、クラッチ油温、クラッチ前後回転数差、アクセル開度（エンジン負荷）、及び車速等から選ばれた複数のパラメータを用いて伝達トルクを演算することもできる。また、クラッチ油温、車速、アクセル開度の関数として伝達トルクを推定してもよい。さらには、車速−油温、車速−アクセル開度のような特性マップ定数を予め設定しておき、このマップを参照して伝達トルクを設定することもできる。このように、油温センサ、車速センサ、アクセル開度センサのような既存のセンサを用いて上記の伝達トルクを演算することができるため、その適用が容易である。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１及び第２実施例が適用されるハイブリッド車両を簡略的に示す構成図。
【図２】クラッチを経由してエンジン側から駆動輪側へ不可避的に作用する伝達トルクを示す説明図。
【図３】第１実施例に係る制御の流れを示すフローチャート。
【図４】クラッチの油温と引きずりトルク及びモータトルク補正量との関係を示す特性図。
【図５】クラッチの前後回転数差と引きずりトルク及びモータトルク補正量との関係を示す特性図。
【図６】クラッチ開放状態でのエンジン起動時のタイムチャート。
【図７】クラッチ開放状態でのエンジン停止時のタイムチャート。
【図８】第２実施例に係る制御の流れを示すフローチャート。
【図９】第２実施例に係るエンジン起動時のタイムチャート。
【図１０】第３実施例に係る制御装置が適用されるハイブリッド車両の概略構成図。
【図１１】第３実施例に係る制御の流れを示すタイムチャート。
【符号の説明】
１…エンジン
３…クラッチ
４…走行用モータジェネレータ
１１…駆動輪
１２…補助クラッチ

Claims (6)

1. エンジンと駆動輪との動力伝達経路に設けられるクラッチと、このクラッチと駆動輪との動力伝達経路に設けられ、力行運転及び回生運転の双方が可能なモータジェネレータと、を有するハイブリッド車両の制御装置において、
   クラッチの開放状態で、エンジンを起動又は停止する場合に、クラッチを経由してエンジン側から駆動輪側へ不可避的に伝達する伝達トルクを演算する伝達トルク演算手段と、
   この伝達トルクを打ち消すように、上記モータジェネレータをトルク制御するトルク制御手段と、を有するハイブリッド車両の制御装置。
2. 上記伝達トルク演算手段は、クラッチの状態を表す代表値、クラッチの前後回転数、あるいはエンジン負荷の少なくとも１つに基づいて、上記伝達トルクを推定する請求項１に記載のハイブリッド車両の制御装置。
3. 上記クラッチが油圧クラッチであり、
   上記伝達トルク演算手段は、油圧クラッチの油温に基づいて、上記伝達トルクを算出する請求項１に記載のハイブリッド車両の制御装置。
4. 上記トルク制御手段は、駆動輪の実駆動力を目標駆動力に維持するように、モータジェネレータの出力トルクをフィードバック制御する請求項１に記載のハイブリッド車両の制御装置。
5. 更に、上記モータジェネレータと駆動輪との動力伝達経路に設けられる補助クラッチと、
   上記クラッチ及び補助クラッチの双方が開放し、かつ、エンジンが稼動しているときに、エンジン側からモータジェネレータへ作用するトルクを伝達トルクの学習値として記憶する記憶手段と、を有し、
   上記伝達トルク演算手段は、上記学習値に基づいて上記伝達トルクを演算する請求項１に記載のハイブリッド車両の制御装置。
6. 上記記憶手段は、上記クラッチの油温又は前後回転数差と関連付けて上記伝達トルクの学習値を記憶する請求項５に記載のハイブリッド車両の制御装置。

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