JP3993194B2 - ハイブリッド車両の制御装置 - Google Patents

Description

この発明は、駆動源としてエンジンとモータを備えたハイブリッド車両の制御装置に関し、とりわけ、自動変速機の変速ショックを低減する機能を備えたハイブリッド車両の制御装置に関するものである。

一般に、車両に搭載される自動変速機は、変速段の切り替えのための複数のクラッチを備え、変速時には、これらのクラッチの摩擦係合面を滑らせつつ動力の断切を行うようになっている。変速時におけるこのクラッチの滑り（「半クラッチ状態」）は変速ショックを低減するうえで有効であるが、この半クラッチ状態が長すぎると、変速完了時間が長くなり、摩擦係合面の滑りによる発熱が大きくなる。
このため、従来、この半クラッチ状態を長引かせることなく変速ショックを低減する技術として、変速時に駆動源側のトルクを一時的に減少させる技術が開発されている（例えば、特許文献１参照）。

特許文献１に記載の制御装置はハイブリッド車両に適用されるものであり、変速時に自動変速機でトルクダウン要求が発生すると、そのときのトルクダウン要求量に応じてコントローラが駆動源であるエンジンとモータにトルクダウン指令を発するようになっている。このときのコントローラによるエンジンとモータのトルクダウン量の割り振りは、モータのトルクダウン量を先に大きく確保し、残余のトルクダウン分をエンジンに割り当てるようになっている。
特開２００２−２０４５０６号公報

しかし、この従来のハイブリッド車両の制御装置においては、変速時におけるトルクダウン量を、モータ側を優先して大きく割り振るようにしているため、バッテリ残容量の低下等によってモータによるトルクダウン量が充分に確保できなくなると、そのモータ能力の低下が変速ショックの吸収に大きく影響してしまう。つまり、バッテリ残容量の低下等によってモータで実際にトルクダウンし得るトルクが減少すると、自動変速機での必要トルクダウン量と、実際のトルクダウン量（エンジンとモータのトルクダウン量の総和）の差が大きくなり、変速ショックを充分に吸収できなくなる。そして、この変速ショックの吸収性能は、電力状況によって変動し易いモータ能力に大きく関与するため、変速ショックの吸収性能を安定維持することが難しいというのが実情である。

そこでこの発明は、モータ能力の変動の影響を大きく受けることなく、常時安定して変速ショックを吸収できるようにして、快適な乗り心地と運転フィーリングの向上を図ることのできるハイブリッド車両の制御装置を提供しようとするものである。

上記目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、駆動源としてエンジン（例えば、後述の実施形態におけるエンジン１）とモータ（例えば、後述の実施形態におけるモータ２）を備え、これらエンジンとモータの駆動力が自動変速機（例えば、後述の実施形態における自動変速機５）を介して車輪（例えば、後述の実施形態における車輪７）に伝達されるハイブリッド車両に搭載され、自動変速機での変速時に、駆動源のトルクを一時的に減少させることによって変速ショックを低減する制御装置において、自動変速機内のクラッチ油圧を制御すると共に、運転状況に応じて変速時における駆動源側へのトルクダウン要求量を演算する変速機コントローラ（例えば、後述の実施形態における変速機ＥＣＵ４０）と、運転状況に応じて駆動源のエンジンとモータのトルク配分量を演算して、その演算結果をエンジン制御部（例えば、後述の実施形態におけるエンジン制御部４５）とモータ制御部（例えば、後述の実施形態におけるモータＥＣＵ４３）に出力するトルク管理コントローラ（例えば、後述の実施形態におけるトルク管理ＥＣＵ）と、を備え、前記変速機コントローラとトルク管理コントローラは、変速機コントローラからトルク管理コントローラへのトルクダウン要求の通信が可能とされ、前記変速機コントローラは、自動変速機内のクラッチ油圧、入出力の回転差、回転比の少なくともいずれか一つを監視し、この監視情報を基にして所定タイミングでトルク管理コントローラに対するトルクダウン要求の通信を行い、前記トルク管理コントローラは、変速時に、変速機コントローラからトルクダウン要求量の情報入力を受けたときに、エンジンのトルクダウン分を許容範囲内で最大になるように割り当て、残余のトルクダウン分をモータに割り当てるようにした。

この場合、自動変速機で変速を行う状況になると、変速機コントローラは運転者のアクセル操作や車速等の入力情報（運転状況の入力）に基づいて自動変速機内のクラッチ油圧を制御し、それと同時に駆動源側へのトルクダウン要求量を演算する。ここで演算されたトルクダウン要求量は所定のタイミングでトルク管理コントローラに通信される。トルクダウン要求を受けたトルク管理コントローラは、エンジンでのトルクダウン分を優先して割り当て、残余のトルクダウン分をモータに割り当てる。この結果、変速段が切り替わるときには、エンジンを優先した駆動源の一時的なトルクダウンが実行される。
また、変速機コントローラは、自動変速機内のクラッチ油圧、入出力の回転差、回転比の少なくともいずれか一つを監視し、この監視情報を基にして所定タイミングでトルク管理コントローラに対するトルクダウン要求の通信を行うため、変速時に、締結が解除されるクラッチと新たに締結されるクラッチが滑り始めたところで、最適タイミングで駆動源のトルクダウンが行われるようになる。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記変速機コントローラとトルク管理コントローラの間に通信故障が発生したときには、変速機コントローラは運転状況の入力に基づいて駆動源側の現在の発生トルクを演算し、その演算結果に基づいて変速時に自動変速機内のクラッチ油圧を制御するようにした。
この場合、通信故障によって変速機コントローラのトルクダウン要求がエンジンやモータの出力に正確に反映できない状況下になると、変速機コントローラは、運転者のアクセル操作や車速等の入力情報（運転状況の入力）に基づいて駆動源側の現在の発生トルクを単独で演算し、自動変速機内のクラッチの滑りによって変速ショックを吸収するようにクラッチ油圧を制御する。

請求項１に記載の発明によると、自動変速機の変速時に、トルク管理コントローラが変速機コントローラからのトルクダウン要求を受け、エンジンでのトルクダウン分を許容範囲内で最大になるように割り当て、残余のトルクダウン分をモータに割り当てる制御を行うため、バッテリ容量の低下等によってモータ能力が変動しても変速時におけるトルクダウン量が大きな影響を受け難くなり、その結果、変速ショックを常時安定して吸収することが可能になる。したがって、この発明の採用により、快適な車両の乗り心地と運転フィーリングの向上を図ることができる。
また、請求項１に記載の発明によると、自動変速機内のクラッチ油圧や入出力の回転差、回転比の情報を基に最適タイミングで駆動源のトルクダウンを実行することができるため、変速ショックをより安定して確実に吸収することが可能になる。

請求項２に記載の発明によると、通信故障によってトルクダウン要求をエンジンやモータの出力に反映できない状況に陥った場合にあっても、変速機コントローラが運転状況の入力に基づいてクラッチ油圧の制御を行い、その油圧の制御によって変速ショックを吸収できるようにしているため、通信故障による変速ショックの吸収性能の低下を未然に防止することができる。

次に、図１〜図５に示すこの発明の一実施形態について説明する。
図１は、この発明を採用したハイブリッド車両の動力系を示す概略構成図である。この実施形態のハイブリッド車両は、車両の駆動源であるエンジン１とモータ２が機械的に連結された所謂パラレル式のものであり、発電機を兼ねるモータ２は走行状況に応じてエンジン１の駆動補助と制動時にエネルギー回生を行うようになっている。

エンジン１とモータ２の動力が取り出される駆動軸３は、トルクコンバータ４を介して多段式の自動変速機５に連結され、自動変速機５の出力軸６は図示しないディファレンシャル機構を介して左右の駆動車輪７に連結されている。なお、図１では一方の車輪７のみを模式的に示している。また、トルクコンバータ４は、作動油を媒体とするトルク伝達と、摩擦係合による機械連結式のトルク伝達とを切り換えるためのロックアップクラッチ８を備えている。このロックアップクラッチ８の締結と解除は自動変速機５の変速操作と同様に油圧制御回路９から供給される制御油圧によって行われる。

エンジン１は、レシプロタイプの多気筒エンジンであり、各気筒での燃料噴射と点火は、点火プラグと燃料噴射弁が一体に組み込まれた燃焼操作ユニット１０によって行われる。この燃焼操作ユニット１０は、車両の運転状況に応じて後述するコントローラ群１１（ＥＣＵ群）のエンジン制御部によって制御される。また、エンジン１の吸入空気量を調整するスロットル（図示せず）は電子制御スロットルによって構成されている。この電子制御スロットルのバルブ開度は、アクセルペダルの踏み込み量に応じて前記エンジン制御部によって同様に制御される。

なお、コントローラ群１１の入力側には主要な検出手段として以下のようなものが接続されている。
（ａ） ブレーキペダルが踏み込まれたか否かを検出するブレーキスイッチ１２
（ｂ） アクセルペダルの踏み込み量を検出するアクセルペダルセンサ１３
（ｃ） エンジン回転数を検出するためのクランク角センサ１４
（ｄ） 自動変速機５の入力軸１５の回転数を検出する入力軸回転センサ１６
（ｅ） 車速を検出するための車速センサ１７
（ｆ） 自動変速機５のシフトポジションを検出するシフトポジションセンサ１８
（ｇ） 自動変速機５内の変速用の各クラッチの油圧を検出するクラッチ圧センサ（図示せず）
（ｈ） バッテリ１９の残容量を検出する残容量センサ（図示せず）
（ｉ） 自動変速機５内の作動油の温度を検出する油温センサ２０（油温検出手段）

また、モータ２は、ＰＤＵ（パワードライブユニット）２１を介してバッテリ１９に接続され、コントローラ群１１によるＰＤＵ２１の制御によりバッテリ１９の電力によって駆動軸３を回転させる。また、車両の制動時にはモータ２は発電機として機能し、コントローラ群１１によるＰＤＵ２１の制御によって回生エネルギーをバッテリ１９に充電する。

このハイブリッド車両は、油圧制御回路９に対する油圧供給源として、機械式オイルポンプ２２と電動オイルポンプ２３を備えている。機械式オイルポンプ２２はエンジン１の回転軸に連係され、エンジン１またはモータ２の駆動力によって作動する。また、電動オイルポンプ２３は、ポンプドライバ２４を介して１２Ｖの補助バッテリ２５に接続された電動モータ２６によって駆動される。

また、油圧制御回路９は、シフトレバー（図示せず）に連動して前進、中立、後退の基本となる油路を選択切り替えするマニュアルバルブ（図示せず）と、作動油の圧力や細部の油路の切り替えを制御する他の複数のバルブ（図示せず）を備えており、車両の運転状況に応じてこれらのバルブがコントローラ群１１によって制御され、それによって自動変速機５内のクラッチ類の操作圧を調整する。これにより、自動変速機５では変速段の変更や動力の断切が行われる。

自動変速機５は、変速段が油圧操作される周知の多段式の変速機であり、遊星歯車機構（図示せず）と、変速機内の動力伝達経路を変更するための複数のクラッチ（図１では、二つのクラッチのみを符号３０，３１を付して図示）を備えている。なお、この明細書において、「クラッチ」とは、相対回動する部材の一方がケーシングに固定されているブレーキも含むものとする。自動変速機内５の各クラッチ３０，３１…は作動油の給排によって締結と解放が行われ、その作動油の給排は油圧制御回路９を介して制御される。また、自動変速機５の変速段の変更（リバースへの変更も含む）は、締結するクラッチと解放するクラッチの組み合わせを適宜切り換えることによって行われる。

ここで、上記のコントローラ群１１の構成について説明する。
コントローラ群１１は、図２に示すように主なコントローラとして以下の（１）〜（４）のようなものを備えている。

（１）変速機コントローラ４０（以下、「変速機ＥＣＵ４０」と呼ぶ。）
車両の運転状況に応じて油圧制御回路９（図１参照）を介して自動変速機５を制御し、かつ、変速時に、駆動源側に要求するトルクダウン要求量を演算する。このトルクダウン要求量は、例えば、現在の車速とアクセルペダル開度、変速段、クラッチ圧等を基にして演算する。
この変速機ＥＣＵ４０の場合、車速やアクセル開度等の駆動要求を判断し得る情報は基本的に直接変速機ＥＣＵ４０に入力されるようになっている。

（２）トルク管理コントローラ４１（以下、「トルク管理ＥＣＵ４１」と呼ぶ。）
運転者の駆動要求と車両の状態、バッテリ残容量等に応じて駆動源のエンジン１とモータ２のトルク配分量を演算し、その演算結果に基づいてエンジン１とモータ２にトルクを割り当てる。また、変速機ＥＣＵ４０から通信によってトルクダウン要求量の情報を受け、その要求量に応じたトルクダウン量をエンジン１とモータ２に割り当てる。このトルクダウン量の割り当てに際しては、まず、エンジン１のトルクダウン分を許容範囲内で最大になるように割り当て、残余のトルクダウン分をモータ２に割り当てるようになっている。
なお、この実施形態の場合、トルク管理ＥＣＵ４１には、エンジン出力を燃焼操作ユニット１０（図１参照）と電子制御スロットルを通して制御するエンジン制御部４５が一体に組み込まれている。ただし、このエンジン制御部４５は、トルク管理ＥＣＵ４５と別のエンジンＥＣＵとして構成し、トルク管理ＥＣＵ４５との間で通信を行うようにしても良い。また、エンジン１のトルクダウンは、例えば、燃焼操作ユニット１０を通して各気筒の点火時期を遅らせることによって任意に調整することができる。

（３）バッテリコントローラ４２（以下、「バッテリＥＣＵ４２」と呼ぶ。）
バッテリ１９の残容量の管理や、ＰＤＵ２１を介したバッテリ１９の充放電の制御を行う。

（４）モータコントローラ４３（以下、「モータＥＣＵ４３」と呼ぶ。）
トルク管理ＥＣＵ４１でのトルク配分量の演算結果に基づいて、モータ２の出力トルクを制御する。なお、モータＥＣＵ４３は、この発明におけるモータ制御部を構成している。

以上説明した各ＥＣＵ４０〜４３は相互に通信可能とされ、各ＥＣＵ４０〜４３で行った演算や制御の情報を相互に共有し得るようになっている。

つづいて、上述したコントローラ群１１による車両走行時における具体的な制御について説明する。
＜通常走行時＞
自動変速機５内の変速段がある段に固定された通常走行時には、運転者の駆動要求信号（例えば、アクセルペダル開度信号）と車両状態信号（例えば、車速信号）に基づいてトルク管理ＥＣＵ４１の駆動トルク演算部４６（図２参照）が必要駆動トルクを演算し、その一方で、トルク管理ＥＣＵ４１のモータ制限トルク演算部４７が、バッテリＥＣＵ４２とモータＥＣＵ４３からの電源状態とモータ状態の情報（例えば、バッテリ１９の充放電状態やモータ巻線の負荷状態の情報）を基にしてモータ２の制限トルクを演算する。トルク管理ＥＣＵ４１では、これらの演算結果を基にし、さらにトルク配分演算部４８において、エンジン１とモータ２のトルク配分を演算する。ここで演算されたトルク配分の情報はエンジン制御部４５とモータＥＣＵ４３に出力され、エンジン制御部４５とモータＥＣＵ４３はその演算結果を反映させるようにエンジン１とモータ２の出力トルクを制御する。

＜変速制御時＞
走行中に自動変速機５の変速を行うときには、変速機ＥＣＵ４０が油圧制御回路９の各バルブ類に指令を出力し、自動変速機５内の変速に関与するクラッチの油圧を制御する。具体的には、例えば、車速の上昇に伴って自動変速機５の変速段を２速から３速に変速する場合であれば、２速用のクラッチの油圧を漸減し、かつ、３速用のクラッチの油圧を漸増するように油圧の制御を開始する。こうして油圧の制御が開始されると、両クラッチが次第に半クラッチ状態に移行する。このとき、変速機ＥＣＵ４０には、自動変速機５内のクラッチ油圧や入力側と出力側の回転差、または回転比等の情報が入力され、変速機ＥＣＵ４０はこれらの情報に基づいて、トルクダウン制御（駆動源の出力トルクを一時的に減少させる制御）を開始する。

図４，図５は、トルクダウン制御を示すフローチャートであり、図４は変速機ＥＣＵ４０側の制御を示し、図５はトルク管理ＥＣＵ４１側の制御を示す。以下、トルクダウン制御の具体例について説明する。
変速機ＥＣＵ４０では、まず、図４のＳ１０１において、トルクダウン制御を開始する所定のタイミングに達したかどうかを判断する。このタイミングの判断は、上記のクラッチ油圧や入出力の回転差、回転比等の情報に基づいて行う。このＳ１０１において、所定のタイミングに達したと判断したときにはＳ１０２に進み、達していないと判断したときには以降のフローを抜ける。
Ｓ１０２においては、変速機ＥＣＵ４０に予め記憶されている変速段毎のテーブルを参照して、現在のアクセル開度と車速に応じたトルクダウン要求量を求める。そして、この後Ｓ１０３において、Ｓ１０２で求めた要求量をトルク管理ＥＣＵ４１に通信して変速機ＥＣＵ４０での処理を終了する。

一方、トルク管理ＥＣＵ４１では、図５のＳ２０１において、変速機ＥＣＵ４０からのトルクダウン要求の有無を判断し、トルクダウン要求がないと判断したときには処理を抜け、有りと判断したときには、次のＳ２０２へと進む。Ｓ２０２においては、現在のエンジン１やモータ２の状態、車両の走行状況等を基にし、トルクダウン量をエンジン１とモータ２にエンジン１側のトルクダウン分が許容範囲内で最大になるように割り振り（図３参照）、次のＳ２０３において、その結果をエンジン制御部４５とモータＥＣＵ４３に通信してトルク管理ＥＣＵ４１での処理を終了する。

このようにしてトルクダウン制御が行われると、自動変速機５内の２速と３速のクラッチが半クラッチ状態にあるときに駆動源のトルクが一時的に減少するため、この間に変速ショックが吸収されつつ、２速側クラッチから３速側クラッチへの締結の切り替わりが迅速に行われる。

このハイブリッド車両の制御装置においては、変速機ＥＣＵからトルク管理ＥＣＵに通信されたトルクダウン要求量が、エンジン１側の分担分が大きくなるようにモータ２との間で割り振られるため、バッテリ１９の状態等によって性能の変化し易いモータ２のトルクダウンへの寄与分が相対的に小さくなる。したがって、バッテリ容量の低下等によってモータ２の能力が低下した場合にあっても、変速時におけるトルクダウン量が大きく減少する不具合が生じず、常に安定した変速ショックの吸収を行うことが可能である。

また、このハイブリッド車両の制御装置の場合、変速機ＥＣＵ４０が駆動源側のトルク情報を通信によって受けとってトルク補正量を演算し、さらにそのトルク補正量を駆動源側に返すのではなく、変速機ＥＣＵ４０が車速やアクセル開度等の情報を基に単独でトルクダウン要求量を演算するため、変速時のトルクダウンの開始の判断から実際にトルクダウンが実行されるまでの時間を短縮することができる。そして、変速機ＥＣＵ４０からトルク管理ＥＣＵ４１へのトルクダウン要求の通信は、クラッチ油圧や入出力の回転差、回転比等の情報を基にして最適なタイミングで行われるため、変速ショックをより確実に吸収することができる。

ところで、この実施形態の制御装置は、変速機ＥＣＵ４０とトルク管理ＥＣＵ４１の間の通信故障に対するフェールセーフ機能が備えられている。
即ち、この制御装置は、前述のように車速やアクセル開度等の運転者の駆動トルク要求を判断可能な信号が変速機ＥＣＵ４０に直接入力されるようになっているため、通信故障の発生によって駆動源側のトルクダウンが不可能になったときには、変速機ＥＣＵ４０が車速やアクセル開度等の信号を基にして駆動源側の現在の出力トルクを演算し、その演算結果に基づいて自動変速機内のクラッチ油圧を制御するようになっている。具体的には、変速の開始前に通信故障が発見されたときには、例えば、クラッチ締結を解放する際の油圧を調整し、それによって変速ショックを吸収する。

したがって、この制御装置においては、通信故障が発生した場合にも変速ショックの発生を未然に防止することができる。

なお、この発明は上記実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々の設計変更が可能である。

この発明の一実施形態のハイブリッド車両の駆動系を中心とした全体構成図。 同実施形態のコントローラ群の構成を示す概略構成図。 同実施形態の変速段、エンジン回転数、要求トルク、モータトルク、エンジントルクの時系列的な関係を示すタイムチャータ。 同実施形態の変速機ＥＣＵの制御を示すフローチャート。 同実施形態のトルク管理ＥＣＵの制御を示すフローチャート。

符号の説明

１…エンジン ２…モータ ５…自動変速機 ７…車輪 ４０…変速機ＥＣＵ（変速機コントローラ） ４１…トルク管理ＥＣＵ（トルク管理コントローラ） ４３…モータＥＣＵ（モータ制御部） ４５…エンジン制御部

Claims (2)

1. 駆動源としてエンジンとモータを備え、これらエンジンとモータの駆動力が自動変速機を介して車輪に伝達されるハイブリッド車両に搭載され、自動変速機での変速時に、駆動源のトルクを一時的に減少させることによって変速ショックを低減する制御装置において、
   自動変速機内のクラッチ油圧を制御すると共に、運転状況に応じて変速時における駆動源側へのトルクダウン要求量を演算する変速機コントローラと、
   運転状況に応じて駆動源のエンジンとモータのトルク配分量を演算して、その演算結果をエンジン制御部とモータ制御部に出力するトルク管理コントローラと、を備え、
   前記変速機コントローラとトルク管理コントローラは、変速機コントローラからトルク管理コントローラへのトルクダウン要求の通信が可能とされ、
   前記変速機コントローラは、自動変速機内のクラッチ油圧、入出力の回転差、回転比の少なくともいずれか一つを監視し、この監視情報を基にして所定タイミングでトルク管理コントローラに対するトルクダウン要求の通信を行い、
   前記トルク管理コントローラは、変速時に、変速機コントローラからトルクダウン要求量の情報入力を受けたときに、エンジンのトルクダウン分を許容範囲内で最大になるように割り当て、残余のトルクダウン分をモータに割り当てることを特徴とするハイブリッド車両の制御装置。
2. 前記変速機コントローラとトルク管理コントローラの間に通信故障が発生したときには、変速機コントローラは運転状況の入力に基づいて駆動源側の現在の発生トルクを演算し、その演算結果に基づいて変速時に自動変速機内のクラッチ油圧を制御することを特徴とする請求項１に記載のハイブリッド車両の制御装置。

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