JP3753671B2 - Vehicle hybrid system - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
この発明は、車両の動力源にエンジンと回転電機(モータジェネレータ)を備える車両のハイブリッドシステムに関する。
【0002】
【従来の技術】
車両のハイブリッドシステムとして、エンジンの出力軸と変速機の入力軸を断続するクラッチと、電動機と発電機を兼ねる回転電機と、回転電機の入出力軸と変速機の入力軸を連結する動力伝達機構と、回転電機から供給される電力を蓄える蓄電要素と、を備えたものがある(特願2000-315757号、参照)。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
このようなハイブリッドシステムにおいては、車両の機敏な発進を確保するため、エンジンが運転状態かつ変速機がギヤセットかクラッチが切断の停車状態に維持するように制御される。このような条件の停車状態において、回転電機の発電制御が必要となり、クラッチの接続要求が発生すると、変速機のニュートラルセット後にクラッチを接続することになる。その際、回転電機は停止状態であり、動力伝達機構と共に相当の慣性質量を備えるので、クラッチの接続に大きなショック(車両振動など)を発生させかねない。
【0004】
この発明は、このような課題を対応する有効な解決手段の提供を目的とするものである。
【0005】
【課題を解決するための手段】
第1の発明は、エンジンの出力軸と変速機の入力軸を断続するクラッチと、電動機と発電機を兼ねる回転電機と、回転電機の入出力軸と変速機の入力軸を連結する動力伝達機構と、回転電機に接続される蓄電装置と、を備える車両のハイブリッドシステムにおいて、蓄電装置への充電が必要となり、エンジンが運転状態の停車時にクラッチの接続要求が発生すると、変速機のニュートラルセットからクラッチが接続に至るまでの間、エンジンの回転速度を目標値に回転電機の回転速度を制御する手段と、目標値と回転電機の回転速度との回転差が所定範囲に収束するとクラッチの接続を制御する手段と、を備える。
【0007】
【発明の効果】
第1の発明においては、エンジンが運転状態の停車時にクラッチの接続要求が発生すると、変速機のニュートラルセットにより、エンジンの回転速度を目標値に回転電機の回転速度が制御され、回転電機の回転速度とエンジンの回転速度との回転差が所定範囲に収束すると、クラッチが接続するように制御される。そのため、クラッチの接続に大きなショックの発生を防止できることになる。
【0008】
クラッチの接続が完了すると、変速機がニュートラルの停車状態において、回転電機の発電制御により、蓄電装置への充電が可能となり、回転電機の出力のみに基づく車両の発進を確保できるようになる。
【0009】
【発明の実施の形態】
図1において、1はエンジン、2は歯車式の変速機であり、これらの間に摩擦クラッチ3が介装される。エンジン1は、ディーゼルエンジン(または圧縮天然ガスを燃料とするCNGエンジン)が採用される。4は回転電機(モータジェネレータ)であり、その入出力軸は動力伝達機構5(ギヤボックス)を介して変速機2の入力軸に連結される。
【0010】
変速機2には、そのギヤシフトを制御するコントロールユニット6(FCT-ECU)が備えられる。コントロールユニット6は、ハイブリッド制御ユニット10(ハイブリッドECU)に接続され、運転室のチェンジレバー装置7からの変速要求に基づくハイブリッドECU10の命令に従ってギヤシフトを制御する。
【0011】
クラッチ3には、これを断続するクラッチアクチュエータ8(クラッチブースタ)が備えられる。クラッチアクチュエータ8は、運転者のペダル操作またはハイブリッドECU10の要求に応じてエンジン1から変速機2およびギヤボックス5への動力の伝達を断続する。
【0012】
回転電機4は、高効率および小形軽量化の面から、永久磁石型同期電動機(IPM同期モータ)が使用され、図外の蓄電装置にインバータを介して接続される。蓄電装置には、ブレーキエネルギを短時間で無駄なく高効率に回生するため、車両の電池許容質量に対して必要な出力密度を確保しやすい、電気二重層キャパシタが使用される。
【0013】
インバータは、ハイブリッドECU10の要求に応じて回転電機4を電動モードまたは発電モードに制御する。電動モードにおいては、蓄電装置の充電電力(直流電力)を交流電力に変換して回転電機4を駆動する一方、発電モードにおいては、回転電機4の発電電力(交流電力)を直流電力に変換して蓄電装置を充電する。
【0014】
ハイブリッドECU10は、クラッチ3のストロークを検出するクラッチストロークセンサ14、エンジンの回転速度(クランクシャフト回転速度)を検出するエンジン回転センサ16、アクセルペダル12の踏み量からアクセル開度(要求駆動力)を検出するアクセル開度センサ13、クラッチペダル23の開放(初期位置)および踏込み(作動位置)を検出するペダルスイッチ14a,14b、変速機2の出力側の回転速度(プロペラシャフト回転速度)を検出するPS回転センサ18(車速センサ)、変速機2の入力側の回転速度(カウンタシャフト回転速度)を検出するCP回転センサ19、等が備えられる。
【0015】
これらの検出信号および蓄電装置のSOC(State Of Chage)を含む各種情報(回転電機4のインバータ,変速機2のコントロールユニット6、等から得られる)に基づいて、ハイブリッドECU10は、エンジンの燃料供給装置,各輪のブレーキ装置(図示せず),クラッチアクチュエータ8,回転電機4のインバータ、を制御する一方、変速機2のコントロールユニット6への命令(目標ギヤ信号,ギヤ抜きのタイミング信号,ギヤ入れのタイミング信号、など)、を送信する。
【0016】
図2は、蓄電装置のSOCをパラメータに回転電機4の出力とエンジン1の出力との分担比を設定する制御マップであり、ハイブリッドECU10に格納される。ハイブリッドECU10は、制御マップから蓄電装置のSOC情報に応じた出力分担比を求め、この分担比と要求駆動力(アクセル操作量)に基づいて、回転電機4の出力およびエンジン1の出力を制御する。つまり、回転電機4が分担出力を発生するようにインバータを制御する一方、エンジン1が分担出力を発生するように燃料供給装置を制御するのである。
【0017】
回転電機4の出力分担比=1(エンジン1の出力分担比=0)の場合、クラッチ3を切断した状態において、アクセル操作量に相当する出力が回転電機4から得られるようにインバータを制御する。回転電機4の出力分担比<1(エンジン1の出力分担比>0)の場合、クラッチ3を接続した状態において、蓄電装置のSOCの低下に連れて回転電機4の分担出力が小さくなり、それに応じてエンジン1の分担出力が大きくなるようにエンジン1の燃料供給装置およびインバータを制御する。エンジン1の出力分担比が=1(回転電機の出力分担比=0)の場合、アクセル操作量に相当する出力がエンジン1から得られるようにエンジン1の燃料供給量を制御する。
【0018】
ハイブリッドECU10は、ブレーキペダルの踏み量(要求制動力)に基づいて、蓄電装置への充電が可能な限り、クラッチ3を切断した状態において、後輪の配分制動力(要求制動力×制動力配分比)に相当する回生制動力が回転電機4から得られるようにインバータを制御する一方、前輪の配分制動力を発生させるのに加え、後輪の配分制動力を回生制動力で賄い切れない場合、その不足分の制動力を後輪に発生させるように各輪のブレーキ装置を制御する。また、蓄電装置のSOC情報から、発電の必要を判定すると、クラッチ3の接続状態において、エンジン1の出力に余裕がある場合、回転電機4の発電により、蓄電装置を充電するようにインバータを制御する。
【0019】
図1において、20は中継シリンダであり、その内部にその軸方向へ摺動可能な2つのピストン20a,20bが収装され、これらの互いに向き合う受圧面で仕切られる液圧室Aと、ピストンの液圧室Aと反対側の受圧面で仕切られる液圧室Bと、ピストンの液圧室Aと反対側の受圧面に仕切られる液圧室Cと、を備える。
【0020】
液圧室Aの油圧を給排するのが自動制御回路21、液圧室Bの油圧を駆動力にクラッチを断続するのがクラッチブースタ8(クラッチアクチュエータ)であり、クラッチペダル23に連動するマスタシリンダ24を含む手動制御回路25が液圧室Cに接続される。
【0021】
自動制御回路21は、リザーバ26と液圧室Aとの間において、クラッチ切断用の油圧ポンプ27と、クラッチ緩接続用の電磁弁28と、クラッチ急接続用の電磁弁29と、が並列に介装される。電磁弁28,29の閉弁状態において、油圧ポンプ27が駆動すると、リザーバ26の油が加圧され、液圧室Aへ送り込まれる。油圧ポンプ27から液圧室Aへの油圧は、油圧ポンプ27の停止により封じ込められる。このポンプの停止状態において、電磁弁28または29が開弁すると、液圧室Aの油圧が電磁弁28または29を介してリザーバ26側へ開放(排出)されるのである。
【0022】
中継シリンダ20は、図示の状態において、油圧ポンプ27から液圧室Aに油圧の供給を受けると、ピストン20aの往動により、液圧室Bが収縮され、その油圧をクラッチブースタ8へ供給する。油圧ポンプ27の停止状態において、液圧室Aの油圧が電磁弁28または29を介して開放されると、ピストン20aの復動により、液圧室Bがクラッチブースタ8からの油圧を受け入れながら拡張する。
【0023】
ハイブリッドECU10は、クラッチ3の切断が必要になると、電磁弁28,29の閉弁状態において、油圧ポンプ27を駆動する。クラッチブースタ8の伸張により、クラッチ3が切断されると、クラッチ3を切断状態に保持するよう、油圧ポンプ27を停止させる。その一方、クラッチ3の接続が必要になると、油圧ポンプ27を停止状態に維持しつつ、要求されるクラッチのストローク特性に応じて電磁弁28、29の開弁を選択的に制御する。クラッチ3の急接続が必要なときは、電磁弁28を開弁する一方、クラッチ3の緩接続が必要なときは、電磁弁29を開弁する。クラッチブースタ8の収縮により、クラッチ3が接続されると、電磁弁28または29を閉弁状態に切り替える。
【0024】
クラッチ3の接続状態において、クラッチペダル23が踏み込まれると、マスタシリンダ24から液圧室Cへ油圧が供給される。中継シリンダ20は、図示の状態において、ピストン20b,20aの往動により、液圧室Bが収縮され、クラッチブースタ8へ油圧を供給する。クラッチペダル23が戻されると、その分の油圧が液圧室Cからマスタシリンダ23へ戻され、ピストン20a,20bの復動により、液圧室Bがクラッチブースタ8からの油圧を受け入れながら拡張する。つまり、手動制御回路25により、クラッチペダル23の踏み量に応じたクラッチ3の断続が行えるのである。
【0025】
自動制御回路21の働きに基づく、クラッチ3の切断状態においては、中継シリンダ20の液圧室Aに油圧が封じ込められ、クラッチペダル23が踏み込めないことになる。そのため、ハイブリッドECU10にペダルスイッチ14aがOFFすると、再びONするまでの間、自動制御回路21の電磁弁29を開弁状態に保持する機能(クラッチリリース)が設定される。クラッチペダル23の初期位置とマスタシリンダ24の初期位置との間に遊びが設けられ、ペダルスイッチ14aは、クラッチペダル23の初期位置でONする一方、クラッチペダル23が初期位置から踏まれるとOFFするように配置される。
【0026】
図3は、エンジンが運転状態の停車時における、クラッチ3の接続制御に係るブロック構成を表すものである。なお、停車時は、車両の機敏な発進を確保するため、エンジン1がアイドル制御かつ変速機2がギヤセットかつクラッチ3が切断に制御される。
【0027】
ハイブリッドECU10は、回転電機4の回転制御手段10a(モータ回転制御手段)と、電磁弁28(または電磁弁29)を制御対象とするクラッチ接続手段10bと、クラッチ接続条件判定手段10cと、回転電機4の目標回転を算出する手段10d(目標モータ回転算出手段)と、回転数(回転差)判定手段10fと、回転電機4の回転速度を検出する手段(図示せず)と、が備えられる。
【0028】
クラッチ接続条件判定手段10cは、クラッチストロークセンサ14の検出信号(クラッチストローク信号)と、蓄電装置のSOCに基づくクラッチクローズリクエスト信号と、シフト位置センサの検出信号(ギヤポジション信号)と、PS回転センサの検出信号(車速信号)と、エンジン回転センサの検出信号(エンジン回転速度信号)と、からクラッチ3が切断かつ変速機2がニュートラルかつエンジン1が運転(アイドル制御)状態の停車時において、クラッチクロースリクエスト信号が発生すると、クラッチ接続条件の成立を判定する。
【0029】
目標モータ算出手段10dは、クラッチ接続条件の成立時にエンジン回転速度の検出信号とギヤボックス5のギヤ比とから回転電機4の目標回転速度を求め、モータ回転制御手段10aがその目標回転速度に回転電機4の回転速度を制御する。
【0030】
回転数判定手段10fは、エンジン1の回転速度(検出信号)および回転電機4の回転速度(検出信号)に基づいて、これらの回転差が所定範囲に収束すると、クラッチ3の接続指令およびリセット信号(回転電機4の回転制御を通常のトルク制御に切り替えるための制御指令)を出力する。
【0031】
クラッチ接続手段10bは、クラッチ3の接続指令を受けると、クラッチ3が所定のストローク特性で接続するように電磁弁28(または電磁弁29)を制御する。モータ回転制御手段10aは、リセット信号を受けると、回転電機4の回転制御を停止する。
【0032】
図4は、エンジン1が運転状態の停車時における、クラッチ3の接続制御を説明するフローチャートであり、S1においては、エンジン回転センサ16の検出信号およびPS回転センサ18の検出信号からエンジン1がアイドル制御の停車状態かどうかを判定する。S2においては、クラッチクローズリクエスト(つまり、蓄電装置のSOCから回転電機4の発電制御が必要)かどうかを判定する。S3においては、クラッチストロークセンサ14の検出信号からクラッチストロークがクラッチ接続判断の基準ストローク値以下でないかどうかを判定する。S4においては、シフト位置センサの検出信号から変速機2がニュートラルかどうかを判定する。
【0033】
S1の判定がyesかつS2の判定がyesかつS3の判定がyesかつS4の判定がyesのときは、S5へ進む一方、S1の判定〜S4の判定の少なくとも1つがnoのときは、RETURNへ抜ける。
【0034】
S5においては、自動制御に基づくクラッチ接続条件の成立を確定する。S6においては、回転電機4の目標回転速度(エンジンのアイドル回転相当値となる)を求め、回転電機4の回転制御を開始する。S7においては、回転電機4の検出回転=目標回転速度(アイドル回転相当値)かどうかを判定する。S7の判定がyesのときは、S8へ進む一方、S7の判定がnoのときは、RETURNへ抜ける。S8においては、クラッチ3の接続を制御するのである。
【0035】
このような制御により、図5のようにエンジン1がアイドル制御かつクラッチ3が切断かつ変速機がギヤセット(たとえば、3速)の停車状態において、蓄電装置の充電要求により、クラッチクローズリクエスト信号が発生すると、変速機2がニュートラルにセット(ギヤ抜き)され、その完了時からエンジン1の回転速度を目標回転速度に回転電機4の回転速度が制御される。回転電機4の回転速度が目標回転速度へ上がり、エンジン1の回転速度との回転差が所定範囲(図4においては、回転電機4の回転速度=エンジン1のアイドル回転相当値)に収束すると、クラッチ3が接続するように制御される。
【0036】
クラッチ3は、前後の回転差の殆ど無い状態で接続されるため、その接続に伴うショックの発生が防止できるのである。また、電磁弁28の作動による、クラッチ3の急接続も可能となる。クラッチ3の接続後は、回転電機4の回転制御が停止され、通常のトルク制御に基づいて、回転電機4は発電運転されることになる。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の実施形態を表すシステム概要図である。
【図2】同じく制御内容を説明する特性図である。
【図3】同じく制御系の一部を表すブロック構成図である。
【図4】同じくハイブリッドECUの制御内容を説明するフローチャートである。
【図5】同じくハイブリッドECUの制御内容を説明するタイミングチャートである。
【符号の説明】
1 エンジン
2 変速機
3 クラッチ
4 回転電機
5 ギヤボックス
6 変速機のコントロールユニット
7 チェンジレバー装置
8 クラッチアクチュエータ
10 ハイブリッドECU
10a モータ回転制御手段
10b クラッチ接続手段
10c クラッチ接続条件判定手段
10d 目標モータ回転算出手段
10f 回転数判定手段
13 アクセル開度センサ
14 クラッチストロークセンサ
14a,14b ペダルスイッチ
16 エンジン回転センサ
18 PS回転センサ(車速センサ)
19 CS回転センサ[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a vehicle hybrid system including an engine and a rotating electrical machine (motor generator) as a power source of the vehicle.
[0002]
[Prior art]
As a vehicle hybrid system, a clutch that connects and disconnects the output shaft of the engine and the input shaft of the transmission, a rotating electric machine that serves both as an electric motor and a generator, and a power transmission mechanism that connects the input / output shaft of the rotating electric machine and the input shaft of the transmission And a storage element that stores electric power supplied from the rotating electrical machine (see Japanese Patent Application No. 2000-315757).
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
In such a hybrid system, in order to ensure quick start of the vehicle, control is performed so that the engine is in an operating state and the transmission is kept in a gear set or the clutch is stopped. When the vehicle is stopped under such conditions, power generation control of the rotating electrical machine is required, and when a clutch connection request is generated, the clutch is connected after the neutral setting of the transmission. At that time, since the rotating electrical machine is in a stopped state and has a considerable inertial mass together with the power transmission mechanism, a large shock (such as vehicle vibration) may be generated in the clutch connection.
[0004]
The object of the present invention is to provide an effective solution to cope with such problems.
[0005]
[Means for Solving the Problems]
A first invention is a clutch that connects and disconnects an output shaft of an engine and an input shaft of a transmission, a rotating electric machine that also serves as an electric motor and a generator, a power transmission mechanism that connects an input / output shaft of the rotating electric machine and an input shaft of the transmission And a power storage device connected to the rotating electrical machine, the power storage device needs to be charged, and when a clutch connection request is generated when the engine is stopped, the transmission neutral set Until the clutch is connected, the means for controlling the rotational speed of the rotating electrical machine with the engine rotational speed as a target value and the clutch connection when the rotational difference between the target value and the rotational speed of the rotating electrical machine converges within a predetermined range. Means for controlling.
[0007]
【The invention's effect】
In the first aspect of the invention, when a clutch connection request is generated when the engine is in a stopped state, the rotational speed of the rotating electrical machine is controlled with the rotational speed of the engine as a target value by the neutral set of the transmission. When the rotational difference between the speed and the rotational speed of the engine converges within a predetermined range, the clutch is controlled to be engaged. Therefore, it is possible to prevent a large shock from occurring in the clutch connection.
[0008]
When the connection of the clutch is completed , the power storage device can be charged by the power generation control of the rotating electrical machine when the transmission is in the neutral stop state, and the start of the vehicle based only on the output of the rotating electrical machine can be secured.
[0009]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
In FIG. 1, 1 is an engine, 2 is a gear-type transmission, and a friction clutch 3 is interposed between them. The
[0010]
The transmission 2 is provided with a control unit 6 (FCT-ECU) for controlling the gear shift. The control unit 6 is connected to the hybrid control unit 10 (hybrid ECU), and controls gear shift according to a command of the
[0011]
The clutch 3 is provided with a clutch actuator 8 (clutch booster) for connecting and disconnecting the clutch 3. The
[0012]
The rotating electrical machine 4 uses a permanent magnet type synchronous motor (IPM synchronous motor) from the viewpoint of high efficiency and small size and light weight, and is connected to a power storage device (not shown) via an inverter. In the power storage device, an electric double layer capacitor is used that easily regenerates brake energy in a short time with high efficiency without waste, so that it is easy to ensure a required output density with respect to the allowable battery mass of the vehicle.
[0013]
The inverter controls the rotating electrical machine 4 to the electric mode or the power generation mode according to the request of the
[0014]
The
[0015]
Based on these detection signals and various information (obtained from the inverter of the rotating electrical machine 4, the control unit 6 of the transmission 2, etc.) including the SOC (State Of Chage) of the power storage device, the
[0016]
FIG. 2 is a control map for setting a sharing ratio between the output of the rotating electrical machine 4 and the output of the
[0017]
When the output sharing ratio of the rotating electrical machine = 1 (output sharing ratio of the
[0018]
The
[0019]
In FIG. 1,
[0020]
The
[0021]
In the
[0022]
When the
[0023]
When the clutch 3 needs to be disconnected, the
[0024]
When the
[0025]
In the disengaged state of the clutch 3 based on the function of the
[0026]
FIG. 3 shows a block configuration related to connection control of the clutch 3 when the engine is stopped in an operating state. When the vehicle is stopped, the
[0027]
The
[0028]
The clutch connection
[0029]
The target motor calculation means 10d obtains the target rotation speed of the rotating electrical machine 4 from the engine rotation speed detection signal and the gear ratio of the
[0030]
Based on the rotational speed (detection signal) of the
[0031]
When receiving the clutch 3 connection command, the clutch connecting means 10b controls the electromagnetic valve 28 (or electromagnetic valve 29) so that the clutch 3 is connected with a predetermined stroke characteristic. When receiving the reset signal, the motor rotation control means 10a stops the rotation control of the rotating electrical machine 4.
[0032]
FIG. 4 is a flowchart for explaining the connection control of the clutch 3 when the
[0033]
If the determination of S1 is yes, the determination of S2 is yes, the determination of S3 is yes, and the determination of S4 is yes, the process proceeds to S5, while if at least one of the determinations of S1 to S4 is no, the process returns to RETURN Exit.
[0034]
In S5, the establishment of the clutch engagement condition based on automatic control is confirmed. In S6, the target rotational speed of the rotating electrical machine 4 (which corresponds to the engine idle rotation equivalent value) is obtained, and the rotation control of the rotating electrical machine 4 is started. In S7, it is determined whether or not the detected rotation of the rotating electrical machine 4 is equal to the target rotation speed (idle rotation equivalent value). When the determination of S7 is yes, the process proceeds to S8, and when the determination of S7 is no, the process returns to RETURN. In S8, the connection of the clutch 3 is controlled.
[0035]
As a result of such control, when the
[0036]
Since the clutch 3 is connected with almost no rotational difference between the front and rear, it is possible to prevent the occurrence of a shock accompanying the connection. In addition, the clutch 3 can be suddenly connected by the operation of the
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a system outline diagram showing an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a characteristic diagram for explaining the control content.
FIG. 3 is a block diagram showing a part of the control system.
FIG. 4 is a flowchart for explaining the control contents of the hybrid ECU.
FIG. 5 is a timing chart for explaining the control contents of the hybrid ECU.
[Explanation of symbols]
1 Engine 2 Transmission 3 Clutch 4 Rotating
10a Motor rotation control means 10b Clutch connection means 10c Clutch connection condition determination means 10d Target motor rotation calculation means 10f Rotational speed determination means 13 Accelerator opening sensor 14
19 CS rotation sensor
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