JP3812639B2 - 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、エンジン及びモータ／ジェネレータを走行用の駆動源とするパラレル式ハイブリッド車両の制御装置に関するものである。
【０００２】
【関連する背景技術】
周知のようにパラレル式ハイブリッド車両では、減速時にモータ／ジェネレータを回生制御して走行エネルギの回収を図っている。減速時においては、モータ／ジェネレータからエンジンを切り離した上で停止させて、エンジンのモータリング損失分をモータ／ジェネレータ側の回生トルクに振り分けることが望ましいが、例えばトルクの余裕が比較的小さい１モータ式のハイブリッド車両等では、その後の加速と並行してエンジンを始動させるだけのトルクがないことから、減速時にもエンジンの運転を継続する必要がある。
【０００３】
そこで、このような１モータ式のハイブリッド車両等では、減速時にエンジン停止に代えて燃料カットを実行すると共に、スロットル開度を全開に制御することにより、モータリング損失の低減を図っている。図５はスロットル全閉時と全開時のモータリング損失を示しているが、スロットル全閉時に比較して全開時にはポンプ損失分だけモータリング損失が低減されて、モータ／ジェネレータの回生トルクを増加できることがわかる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記のように減速時にスロットル全開とした場合には、その後の加速時に燃料カットの復帰と同時にスロットル開度を運転状態に応じた値まで戻す必要がある。しかしながら、スロットル開度を閉側に制御しても、吸気管容積に起因する応答遅れにより実際の吸入空気は直ちに減少せず、結果として燃料カットを復帰させた瞬間に過剰トルクが発生して、加速ショックを引き起こしてしまう。
【０００５】
そこで、例えば筒内噴射型エンジンを搭載したハイブリッド車両では、加速当初に圧縮行程噴射モードに切換えて安定燃焼限界付近の超リーンな空燃比に制御し、これによりエンジントルクを抑制して加速ショックの防止を図っている。
しかしながら、この空燃比制御による対策ではエンジントルクが十分に抑制されず、加速ショックを完全に防止できなかった。図６は安定燃焼限界でのエンジンの図示平均有効圧Ｐiを示しており、加速に伴ってスロットル開度が全開状態から閉側に制御されると、インマニ圧（インテークマニホールド内の圧力）は０(大気圧)付近から減少して、それに応じた図示平均有効圧Ｐiが得られることを表している。今、応答遅れによりインマニ圧が未だ０の状態で燃料カットが復帰されたとすると、その時点のエンジン回転速度がアイドル付近の８００rpmの場合には図示平均有効圧Ｐiが０．１ＭＰaとなり、フリクションロス分の０．１ＭＰaを相殺すると、０ＭＰa付近にトルク抑制可能であるが、２０００rpmの場合には図示平均有効圧Ｐiが０．２ＭＰaとなり、フリクションロス分を相殺しても０．１ＭＰaの過剰トルクが発生してしまい、トルク抑制作用が不充分なことがわかる。
【０００６】
本発明の目的は、減速後の加速時に十分なトルク抑制を行って、過剰トルクによる加速ショックの発生を確実に防止することができるハイブリッド車両の制御装置を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項１の発明では、エンジンとモータ／ジェネレータを備えたハイブリッド車両において、車両の加減速状態を検出する加減速状態検出手段と、加減速状態検出手段により減速状態が検出されたときに、エンジンへの燃料供給を停止する燃料カット手段と、加減速状態検出手段により減速状態が検出されたときに、モータ／ジェネレータによりエネルギを回生する回生制御手段と、燃料カット手段による燃料供給の停止時に、エンジンの吸気系に設けられたスロットルバルブを所定開度以上に維持するスロットル制御手段と、加減速状態検出手段により加速状態が検出されたときに、燃料カット手段を停止させて燃料供給を開始すると共に、燃料供給の開始に対して遅延させて回生制御手段の回生を停止させる回生停止遅延手段とを備えた。
【０００８】
従って、車両の減速時には、エンジンへの燃料供給が停止されると共に、モータ／ジェネレータによる回生が行われ、このときの回生トルクを増加させるためにエンジンのスロットル開度が所定開度以上に維持される。そして、その後に加速が開始されると、燃料供給が開始されると共にスロットル開度が元に戻されるが、モータ／ジェネレータの回生の停止は、これらの処理に遅延して行われる。よって、燃料供給の開始時にはモータ／ジェネレータの回生によりトルクが吸収され、スロットル開度の変化に対する吸入空気の減少遅れにより過剰トルクが発生しても、この過剰トルクは十分に抑制される。
請求項２の発明では、請求項１において、回生停止遅延手段が、エンジンの運転状態に応じて回生の遅延時間を変更することを特徴としている。
従って、エンジンの運転状態、例えばエンジン回転速度や吸入空気量に応じて回生の遅延時間が変更されるため、過剰トルク量に対応して回生の遅延時間が設定される。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を具体化したハイブリッド車両の制御装置の一実施形態を説明する。
図１の全体構成図に示すように、本実施形態のハイブリッド車両は、走行用の駆動源としてエンジン１及びモータ／ジェネレータ２を備えたパラレル式ハイブリッド車両として構成されている。エンジン１の出力軸１ａにはクラッチ３を介してモータ／ジェネレータ２の回転軸２ａが接続され、モータ／ジェネレータ２の回転軸２ａには無段変速機４が接続されている。無段変速機４はクラッチ５を介してディファレンシャル６に接続され、ディファレンシャル６は左右のドライブシャフト７を介して駆動輪（後輪）８に接続されている。
【００１０】
前記エンジン１は、燃料を筒内に直接噴射する筒内噴射型のガソリンエンジンとして構成されている。筒内噴射型エンジンでは、燃料噴射を吸気行程のみならず圧縮行程でも実行可能であることから、運転状態において最適な燃料噴射モード（吸気行程噴射モードや圧縮行程噴射モード）を実行し、圧縮行程噴射モードでは、点火プラグの周囲にストイキ付近の点火可能な混合気を集中させながら、その周囲にリーンな空燃比の混合気を存在させて、超リーンな全体空燃比での運転を可能としている。又、エンジン１の図示しないスロットルバルブにはアクチュエータ９が接続され、このアクチュエータ９によりスロットルバルブが開閉駆動されるようになっている。
【００１１】
一方、モータ／ジェネレータ２にはコントローラ１０を介して走行用バッテリ１１が接続され、モータ走行時のようにモータ／ジェネレータ２がモータとして機能する場合には、コントローラ１０によりバッテリ１１からの電力がモータ／ジェネレータ２に供給され、一方、減速時のようにモータ／ジェネレータ２がジェネレータとして機能する場合には、回生により得た電力がバッテリ１１に充電されるようになっている。
【００１２】
一方、車室内には入出力装置、記憶装置（ＲＯＭ、ＲＡＭ等）、中央処理装置（ＣＰＵ）、タイマカウンタ等を備えたＥＣＵ（電子コントロールユニット）２１が設置されている。ＥＣＵ２１の入力側には、エンジン１の回転速度Ｎeを検出する回転速度センサ２２、運転者のアクセル操作量ＡＰＳを検出する加減速状態検出手段としてのアクセルセンサ２３等が接続されており、これらセンサ類からの検出情報が入力される。ＥＣＵ２１の出力側には、上記したスロットルバルブのアクチュエータ９、モータ／ジェネレータ２のコントローラ１０、クラッチ３，５、無段変速機８、エンジン１の図示しない点火プラグや燃料噴射弁等が接続され、ＥＣＵ２１によりこれらの機器が制御される。
【００１３】
以上のように構成されたハイブリッド車両では、通常の走行時においてはクラッチ３が遮断されると共にクラッチ５が接続されて、モータ／ジェネレータ２を駆動源としたモータ走行が優先して実施される。このときのＥＣＵ２１は、アクセル操作量ＡＰＳ等に基づいてコントローラ１０を介してモータ／ジェネレータ２のトルクを制御する。又、運転者が要求するアクセル操作量ＡＰＳに対してモータトルクが不足する場合には、クラッチ３が接続されて、エンジン１とモータ／ジェネレータ２とを併用した走行、或いはエンジン１単独によるエンジン走行が実施される。このときのＥＣＵ２１はアクセル操作量ＡＰＳやエンジン負荷等からマップに従って目標スロットル開度を決定して、アクチュエータ９によりエンジン１のスロットル開度を制御すると共に、上記のように運転状態に応じて燃料噴射モードを切換える。
【００１４】
一方、エンジン１とモータ／ジェネレータ２とを併用した走行時に、車両の減速が開始されると、ＥＣＵ２１はモータ／ジェネレータ２を回生制御する一方（回生制御手段）、エンジン１側では燃料カットを実行すると共に（燃料カット手段）、スロットル開度を全開に制御することにより、エンジン１のモータリング損失をモータ／ジェネレータ２側の回生トルクに振り分けている（スロットル制御手段）。図２はこの減速時の制御状況を示すタイムチャートであり、以下、この図に基づいて減速時の制御状況を詳述する。
【００１５】
運転者のアクセルオフ操作により車両の減速が開始されると、燃料カット条件の成立に基づき、燃料噴射弁のパルス幅Ｐwが次第に減少されて燃料カットが開始されると共に、これと並行してスロットル開度が一旦閉側に制御された後に全開状態に保持される。スロットル開度の閉側への制御によりエンジントルクは速やかに負側の領域まで急減し、その後はスロットル全開によりポンプ損失が減少されて、負側の領域のより０に近い値に保持される。
【００１６】
一方、モータ／ジェネレータ２側では回生制御が開始されて、モータトルクは負側の値となり、エンジン１とモータ／ジェネレータ２との総トルクは、負側のほぼ一定となってエンジンブレーキが奏される。そして、ポンプ損失分だけエンジン１のモータリング損失が低減されてモータ／ジェネレータ２側の回生トルクが増加し、より多くの走行エネルギが走行用バッテリ１１への充電電流として回収される。
【００１７】
その後に、運転者にてアクセルがオン操作されて加速が開始されると、エンジン１側で燃料カットが復帰されると共に、スロットル開度が全開から運転状態に応じた所定開度に戻される。このとき、吸気管容積に起因して吸入空気の減少が遅れることから、燃料カットを復帰させた瞬間に過剰トルクが発生し、これを抑制するために本実施形態では、通常用いられるメインルーチンとは別に図３及び図４のトルク抑制ルーチンが実行される。以下、図に従ってこのときの制御状況を詳述する。
【００１８】
図３及び図４のルーチンは車両の減速が開始されると実行され、まず、ステップＳ２でアクセル操作量ＡＰＳが０であるか否かを、ステップＳ４で燃料カット中であるか否かをそれぞれ判定する。ステップＳ２及びステップＳ４の処理が共にＹＥＳ（肯定）のとき、つまり、車両が減速中で燃料カット中のときには、ポンピング損失を低減すべくステップＳ６で上記のようにスロットル開度を全開に保持し、トルク抑制ルーチンを終了する。
【００１９】
一方、アクセルのオン操作によりステップＳ２の判定がＮＯ（否定）となったとき、或いは、燃料カットの復帰によりステップＳ４の判定がＮＯとなったときには、ステップＳ８に移行する。ステップＳ８では、この処理の実行が初回であるか否かを判定する。加速を開始して初めてステップＳ８に移行したときには、ＹＥＳの判定を下してステップＳ１０で、エンジン１の空燃比をリーン側に設定するための復帰時リーン化係数ＦcutＫ(n-1)を所定値に設定し、ステップＳ１２で減算カウンタＣを所定値に設定した後、ステップＳ１４で通常のマップに基づくスロットル開度制御を実行する。よって、上記のようにスロットル開度は全開から運転状態に応じた所定開度に戻される。
【００２０】
ここで、復帰時リーン化係数ＦcutＫ(n-1)とは、加速の開始時にエンジン１の空燃比をリーン側に制御するための係数であり、減算カウンタＣはモータ／ジェネレータ２の回生停止のタイミングを加速の開始時から遅延させるためのカウンタである。
その後、ＥＣＵ２１はステップＳ１６に移行して次式(1)を満足するか否かを判定する。
【００２１】
1.0−ＦcutＫ(n-1)＜Ｋ0………(1)
ここに、Ｋ0は所定値である。次いで、ステップＳ１８で次式(2)に従って今回の復帰時リーン化係数ＦcutＫ(n)を算出し、ステップＳ２０で次式(3)に従って空燃比係数Ａ／ＦＫを算出する。
ＦcutＫ(n)＝1.0×(1-FG)＋ＦcutＫ(n-1)×FG………(2)
Ａ／ＦＫ＝Ａ／Ｆbase×ＦcutＫ(n)………(3)
ここに、ＦＧは１．０以下に設定されたフィルタゲイン、Ａ／Ｆbaseは通常の空燃比ベース値（エンジン１の運転状態に基づいてメインルーチンで算出された値）である。つまり、復帰時リーン化係数ＦcutＫ(n)は、上式(2)によりフィルタゲインＦＧに従って次第に減少設定され、それに応じた空燃比係数Ａ／ＦＫが上式(3)により算出される。ステップＳ１０では、リーン側の安定燃焼限界付近に相当する空燃比係数Ａ／ＦＫが算出されるように、復帰時リーン化係数ＦcutＫ(n-1)が設定されることから、加速の開始時には圧縮行程噴射モードに切換えられた上で実際の空燃比が安定燃焼限界付近に制御されて、その後、通常の空燃比ベース値Ａ／Ｆbaseに漸近することになる。
【００２２】
そして、復帰時リーン化係数ＦcutＫ(n-1)が次第に増加して１．０に接近し、前記ステップＳ１６でＹＥＳの判定が下されると、ステップＳ２２に移行して復帰時リーン化係数ＦcutＫ(n)が１．０に設定される。よって、以降は空燃比係数Ａ／ＦＫとして通常の空燃比ベース値Ａ／Ｆbaseが設定される。
一方、ＥＣＵ２１はステップＳ２０からステップＳ２４に移行して、減算カウンタＣをデクリメントし、ステップＳ２６で復帰後Ｍ／Ｇ減算トルクＭ／ＧＴＫを所定値に設定する。続くステップＳ２８では減算カウンタＣが０に達したか否かを判定し、ＮＯのときにはステップＳ３０で次式(4)に従ってモータ／ジェネレータ２のトルクＭ／ＧＴを算出した後、ルーチンを終了する。
【００２３】
Ｍ／ＧＴ＝Ｍ／ＧＴbase−Ｍ／ＧＴＫ………(4)
ここに、Ｍ／ＧＴbaseは通常のモータトルク（車両の運転状態に基づいて算出された値）である。
又、前記ステップＳ２８の判定がＹＥＳになると、ステップＳ３２に移行して復帰後Ｍ／Ｇ減算トルクＭ／ＧＴＫを０に設定する。従って、加速の開始後も減算カウンタＣが０に達するまでは、モータトルクＭ／ＧＴが減少補正されることになる。
【００２４】
上記したように加速が開始されると、図２に示すようにエンジン１側で燃料カットの復帰、及びスロットル開度の全開から閉側への制御が行われるが、以上のトルク抑制ルーチンにより、これと並行してエンジン１の空燃比がリーン側の安定燃焼限界付近に制御されると共に、モータトルクＭ／ＧＴの減少補正が行われる。図２では減速中の回生トルクとほぼ同等のモータトルクＭ／ＧＴが継続されるように、復帰後Ｍ／Ｇ減算トルクＭ／ＧＴＫを設定した場合を示しているため、実質的にモータ／ジェネレータ２による回生制御が加速の開始後も所定時間Ｔだけ継続されることになる（回生停止遅延手段）。
【００２５】
その結果、燃料カットが復帰される瞬間の過剰トルク（具体的には、エンジン１とモータ／ジェネレータ２との総トルクの急増）が抑制される。尚、その後のエンジントルクは、ステップＳ２０での空燃比係数Ａ／ＦＫの設定に基づいて次第に増加した後に、通常の制御状態に戻され、一方、モータトルクは、減算カウンタＣに対応する所定時間Ｔの経過後に、通常の制御状態（この場合はトルク０）に戻される。
【００２６】
以上のように本実施形態のハイブリッド車両の制御装置によれば、減速後の加速時に、空燃比を安定燃焼限界付近に制御することに加えて、燃料カットの復帰に対してモータ／ジェネレータ２の回生を遅延させて停止し、これによりトルク抑制を図っている。空燃比を安定燃焼限界付近とするだけでは、図６に示すように、吸気管容積に起因する応答遅れでインマニ圧が未だ０(大気圧)付近の状態で燃料カットが復帰されたとすると、エンジン回転速度Ｎeが２０００rpmの場合に図示平均有効圧Ｐiが０．２ＭＰaとなり、図２に破線ａで示すように、フリクションロス分の０．１１ＭＰaを相殺しても０．１ＭＰa相当の過剰トルクが発生してしまう。ここで、減速回生時のモータ／ジェネレータ２は少なくとも０．１ＭＰa以上はトルクを吸収していることから、結果として図２に実線ｂで示すように十分に過剰トルクが抑制されて、加速ショックの発生を確実に防止することができる。
【００２７】
以上で実施形態の説明を終えるが、本発明の態様はこの実施形態に限定されるものではない。例えば、上記実施形態では、図１に示すようにエンジン１とモータ／ジェネレータ２とをクラッチ３を介して直列に接続したハイブリッド車両に具体化したが、これらのレイアウトは限定されることはなく、例えばモータ／ジェネレータ２を無段変速機４に組込んだ形式のハイブリッド車両として具体化してもよい。
【００２８】
又、上記実施形態では、図２に示すように加速後も減速中の回生トルクとほぼ同等のモータトルクＭ／ＧＴを継続させるようにしたが、過剰トルクを抑制可能でさえあれば、これに限ることはなく、ステップＳ２４での復帰後Ｍ／Ｇ減算トルクＭ／ＧＴＫの設定内容を任意に変更してもよい。
更に、上記実施形態では、減速後の加速時にモータ／ジェネレータ２の回生を遅延させると共に、空燃比を安定燃焼限界付近に制御したが、モータ／ジェネレータ２の回生トルクだけで過剰トルクを抑制可能な場合には、空燃比制御によるトルク抑制は必ずしも実施する必要はない。
【００２９】
一方、上記実施形態では、所定値に設定した減算カウンタＣが０になるまで回生制御手段の停止を遅延させているが、好ましくは減算カウンタＣをエンジン回転速度Ｎeや吸入空気量に応じて変更し、例えばエンジン回転速度Ｎeが低い低回転域では遅延時間が短くなるように設定してもよい。この場合は、上記効果に加えて、過剰トルク量に応じた遅延時間が設定できるため、燃料カットからの復帰時の加速不良を防止することができる。
【００３０】
【発明の効果】
以上説明したように請求項１の発明のハイブリッド車両の制御装置によれば、減速後の加速時に十分なトルク抑制を行って、過剰トルクによる加速ショックの発生を確実に防止することができる。
請求項２の発明では、請求項１に加えて、エンジンの運転状態に基づいて過剰トルク量に対応する回生の遅延時間を設定でき、燃料カットから復帰までの加速不良を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施形態のハイブリッド車両の制御装置を示す全体構成図である。
【図２】減速時の制御状況を示すタイムチャートである。
【図３】ＥＣＵが実行するトルク抑制ルーチンを示すフローチャートである。
【図４】ＥＣＵが実行するトルク抑制ルーチンを示すフローチャートである。
【図５】スロットル全閉時と全開時のモータリング損失を示す説明図である。
【図６】安定燃焼限界でのエンジンの図示平均有効圧Ｐiを示す説明図である。
【符号の説明】
１ エンジン
２ モータ／ジェネレータ
２１ ＥＣＵ（燃料カット手段、回生制御手段、スロットル制御手段、回生停止遅延手段）
２３ アクセルセンサ（加減速状態検出手段）

Claims (2)

1. エンジンとモータ／ジェネレータを備えたハイブリッド車両において、
   車両の加減速状態を検出する加減速状態検出手段と、
   上記加減速状態検出手段により減速状態が検出されたときに、上記エンジンへの燃料供給を停止する燃料カット手段と、
   上記加減速状態検出手段により減速状態が検出されたときに、上記モータ／ジェネレータによりエネルギを回生する回生制御手段と、
   上記燃料カット手段による燃料供給の停止時に、上記エンジンの吸気系に設けられたスロットルバルブを所定開度以上に維持するスロットル制御手段と、
   上記加減速状態検出手段により加速状態が検出されたときに、上記燃料カット手段を停止させて燃料供給を開始すると共に、燃料供給の開始に対して遅延させて上記回生制御手段の回生を停止させる回生停止遅延手段と
   を備えたことを特徴とするハイブリッド車両の制御装置。
2. 上記回生停止遅延手段は、上記エンジンの運転状態に応じて上記回生の遅延時間を変更することを特徴とする請求項１記載のハイブリッド車両の制御装置。

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