JP3771856B2 - 車両のハイブリッドシステム - Google Patents

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歯車伝達機構と、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】
この先願例においては、蓄電要素のSOC（State Of Chage）をパラメータに回転電機の出力とエンジンの出力との分担比を設定する制御マップがハイブリッドシステムを司る制御装置に備えられる。
【０００４】
制御装置は、制御マップから蓄電要素のSOCに応じた出力分担比を求め、この分担比とアクセル操作量（車両駆動力の要求量）に基づいて、回転電機の出力およびエンジンの出力を制御するのである。回転電機の最高出力は低回転時に大きく、回転が上がるに連れて低下する特性のため、車両の発進は回転電機の出力のみで行われることが望ましい。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
クラッチは、制御装置により自動制御されるが、必要なときに手動制御が行えるよう、クラッチペダルを備えることが考えられる。その場合、クラッチアクチュエータの自動制御回路に手動制御回路をうまく組み合わせるのが難しい。たとえば、自動制御回路の働きにより、クラッチアクチュエータに液圧（供給圧）封じ込められ、クラッチが切断状態に保持される場合、初期位置（踏込み開放状態）のクラッチペダルに手動制御回路を介してクラッチアクチュエータの液圧が伝達されると、クラッチペダルが硬くて踏めない状態になってしまう。ハイブリッドシステム（特願2000-315757号、参照）においては、車両の発進が回転電機の出力のみによる頻度が高くなるが、坂道などの発進に際しては、運転者のペダル操作により、クラッチを接続することも必要となるのである。このような場合、クラッチペダルが踏めないと、円滑な発進が得られない。
【０００６】
この発明は、このような課題に着目してなされたものであり、自動制御に基づくクラッチの切断状態においても、クラッチペダルによるクラッチの手動制御が行えるように改善することを目的とする。
【０００７】
【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歯車伝達機構と、回転電機からの電力を蓄える蓄電要素と、蓄電要素のSOCに応じた出力分担比を設定する手段と、この分担比とアクセル操作量（車両駆動力の要求量）に基づいて、クラッチの断続と共に回転電機の出力およびエンジンの出力を制御する手段と、を備える車両のハイブリッドシステムにおいて、
エンジンの出力を断続するクラッチは、１つのシリンダの内部にその軸方向へ摺動可能な２つのピストンの互いに向き合う受圧面で仕切られる液圧室Ａと、同じくシリンダの内部に一方のピストンの液圧室Ａと反対側の受圧面で仕切られる液圧室Ｂと、同じくシリンダの内部にもう一方のピストンの液圧室Ａと反対側の受圧面に仕切られる液圧室Ｃと、液圧室Ａの液圧を給排する自動制御回路と、液圧室Ｂの液圧を駆動力にクラッチを断続する液圧アチュエータと、クラッチペダルに連動するマスタシリンダを液圧室Ｃに接続する手動制御回路と、クラッチのストロークを検出する手段と、クラッチペダルのストロークがマスタシリンダのストロークに遊びを加える初期位置のときにONするペダルスイッチと、これらの検出信号に基づいて、クラッチが切断状態のときにペダルスイッチがOFFすると、再びONに戻るまでの間、液圧室Ａを低圧側へ開放するように制御する手段と、を備える。
【０００８】
【発明の効果】
第１の発明においては、自動制御回路の働きにより、液圧室Ａの拡張に伴って液圧室Ｂが収縮されると、その液圧を受けて液圧シリンダがクラッチを切断状態に保持する。この状態において、クラッチペダルが踏まれ、ペダルスイッチがOFFすると、再びONするまでの間、液圧室Ａが低圧側へ開放されるように制御されるので、クラッチペダルに連動するマスタシリンダからの液圧により、液圧室Ｃが拡張するに伴って液圧室Ａが収縮され、２つのピストンが連接すると、クラッチペダルの踏み量に応じて液圧室Ｂの液圧を駆動力にクラッチを断続する液圧アクチュエータの手動制御が可能となる。そのため、坂道など車両の負荷が大きい場合において、運転者のクラッチ操作により、車両を円滑に発進させることができる。
【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（または高圧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、図外の蓄電要素にインバータを介して接続される。蓄電要素には、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、蓄電要素の充電電力（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要素を充電する。
【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要素の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、蓄電要素の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要素の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１１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１１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、蓄電要素の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１１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、蓄電要素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１１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、蓄電要素の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、蓄電要素を充電するようにインバータ１１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、クラッチリリースに係わるブロック構成を表すものであり、クラッチオートカット判定手段１０ａと、クラッチマニュアル判定手段１０ｂと、クラッチリリース判定手段１０ｃと、油圧開放バルブ制御手段１０ｄと、が備えられる。これら判定手段１０ａ〜１０ｃは、クラッチストロークセンサ１４およびペダルスイッチ１４ａからの入力信号に基づいて、自動制御に基づく、クラッチ３の切断状態において、ペダルスイッチ１４ａがOFFすると、再びONするまでの間、クラッチ３の自動制御を中断する一方、油圧開放バルブ制御手段１０ｄを介して自動制御回路２１の電磁弁２９を開弁（開放）するのである。
【００２７】
図４は、クラッチリリースに係わる制御フローを表すものであり、S1においては、クラッチストローク（クラッチストロークセンサ１４の検出信号）が所定値（例えば、６０％以上のクラッチ切断状態）かどうかを判定する。S2においては、クラッチペダルクローズ（ペダルスイッチ１４ａがON）かどうかを判定する。S1の判定およびS2の判定が共にyesのときは、S3へ進み、データラッチ＝オートクラッチカット（自動制御回路２１の働きにより、クラッチ３は切断状態に保持される）とする。
【００２８】
S1の判定がnoのときは、S4へ飛び、クラッチ３の接続動作が自動制御に拠るのか手動制御に拠るのかを確認するため、クラッチペダルクローズかどうかを判定する。S4の判定がnoのときは、S6へ飛び、データラッチ＝クラッチマニュアル（足掛け）カットとする。S4の判定がyesのときは、自動制御に基づくクラッチ３の接続動作であり、S5へ進み、データラッチ＝クリアとする。
【００２９】
S2の判定がnoのときは、S7へ飛び、データラット＝オートクラッチカットかどうかを判定する。S7の判定がyesのときは、自動制御に基づくクラッチ３の切断状態において、クラッチペダル２３への足掛けが行われたのであり、S8およびS9へ進み、自動制御回路２１の電磁弁２９を開弁に切り替える（クラッチリリース）かその状態に保持すると共にデータラッチ＝クラッチマニュアル（足掛け）カットに切り替える。S7の判定がnoのときは、クラッチ３の手動制御が継続中であり、S10へ飛び、データラッチ＝クラッチマニュアル（足掛け）カットを保つのである。
【００３０】
このような構成により、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も、クラッチペダル２３が踏まれ、ペダルスイッチ１４ａがOFFすると、再びONするまでの間、液圧室Ａが電磁弁２９を介して低圧側へ開放されるように制御されるので、クラッチペダル２３に連動するマスタシリンダ２４からの油圧により、液圧室Ｃが拡張するに伴って液圧室Ａが収縮され、２つのピストン２０ａ，２０ｂが連接すると、クラッチペダル２３の踏み量に応じて液圧室Ｂの油圧を駆動力にクラッチ３を断続するクラッチブースタ８の手動制御が可能となる。そのため、坂道など車両の負荷が大きい場合において、運転者のクラッチ操作により、車両を円滑に発進させることができる。
【００３１】
クラッチリリースの制御対象については、自動制御回路２１のクラッチ緩接続用の電磁弁２９を兼用するため、専用の開放バルブを設ける必要がない。もちろん、クラッチ急接続用の電磁弁２８を兼用しても良いが、クラッチリリース（液圧室Ａの油圧開放）により、クラッチブースタ８が復動するのを小さく抑える上からは、絞りの効きやすいクラッチ緩接続用の電磁弁２９を兼用する方が有利となる。また、クラッチ緩接続用の電磁弁２９とクラッチ急接続用の電磁弁２８を諸種の状況によって使い分ける（クラッチリリースの応答性を制御する）ことも考えられる。
【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】同じくクラッチリリースに係るブロック構成図である。
【図４】同じくクラッチリリースに係る制御フローである。
【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
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
１５ エンジンECU
１６ エンジン回転センサ
１８ PS回転センサ
１９ CS回転センサ
２０ 中継シリンダ
２０ａ，２０ｂ ピストン
２１ 自動制御回路
２３ クラッチペダル
２４ マスタシリンダ
２５ 手動制御回路
２７ クラッチ切断用の油圧ポンプ
２８ クラッチ緩接続用の電磁弁
２９ クラッチ急接続用の電磁弁
Ａ，Ｂ，Ｃ 液圧室

Claims (1)

1. 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歯車伝達機構と、回転電機からの電力を蓄える蓄電要素と、蓄電要素のSOCに応じた出力分担比を設定する手段と、この分担比とアクセル操作量（車両駆動力の要求量）に基づいて、クラッチの断続と共に回転電機の出力およびエンジンの出力を制御する手段と、を備える車両のハイブリッドシステムにおいて、エンジンの出力を断続するクラッチは、１つのシリンダの内部にその軸方向へ摺動可能な２つのピストンの互いに向き合う受圧面で仕切られる液圧室Ａと、同じくシリンダの内部に一方のピストンの液圧室Ａと反対側の受圧面で仕切られる液圧室Ｂと、同じくシリンダの内部にもう一方のピストンの液圧室Ａと反対側の受圧面に仕切られる液圧室Ｃと、液圧室Ａの液圧を給排する自動制御回路と、液圧室Ｂの液圧を駆動力にクラッチを断続する液圧アチュエータと、クラッチペダルに連動するマスタシリンダを液圧室Ｃに接続する手動制御回路と、クラッチのストロークを検出する手段と、クラッチペダルのストロークがマスタシリンダのストロークに遊びを加える初期位置のときにONするペダルスイッチと、これらの検出信号に基づいて、クラッチが切断状態のときにペダルスイッチがOFFすると、再びONに戻るまでの間、液圧室Ａを低圧側へ開放するように制御する手段と、を備えたことを特徴とする車両のハイブリッドシステム。

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