JP4252542B2 - ハイブリッド車両の変速制御装置 - Google Patents

Description

この発明は、部分気筒休止が可能なエンジンを備えたハイブリッド車両の変速制御装置に関するものである。

従来から、エンジンとモータとを駆動源とし、これらの駆動力をオートマチックトランスミッション等の変速機を介して車輪に伝達するハイブリッド車両が知られている。このようなハイブリッド車両の中には、車速とエンジン回転数との変速マップに基づいてオートマチックトランスミッション等の変速制御を行う変速制御装置を備えたものがある。（例えば、特許文献１参照）。
特開２００３−３６９６０４号公報

ところで近年、ハイブリッド車両では、さらなる燃費向上を図るために車両状態に応じて部分気筒休止が可能なエンジンを備えたものがある。このようなハイブリッド車両に上述の変速制御装置を採用すると、エンジンの部分気筒休止運転、全筒運転に関わらず同じ変速マップを使用するため、例えば、部分気筒休止時に乗員による加速要求があったとして、この時にエンジントルクが不足していてもシフトダウンが行われずに前記エンジンを全気筒運転へ切り替えることでエンジントルクを確保しようとする場合がある。そのため、前記エンジンの部分気筒休止の頻度が減少して燃費向上が達成できなくなるという課題がある。
また、前記部分気筒休止時にモータアシストを行う場合と、バッテリ残量が減少してモータアシストを行わない場合との両方で同一変速マップを用いることとなるため、前者のモータアシストを行う場合にエンジン回転数が不要に上昇して燃費の向上を達成できなくなるという課題がある。

そこで、この発明は、エンジン回転数の不要な上昇を抑制し、燃費の向上を図ることができるハイブリッド車両の変速制御装置を提供するものである。

上記の課題を解決するために、請求項１に記載した発明は、全気筒のうち一部の気筒のみを休止する部分気筒休止運転が可能なエンジン（例えば、実施の形態におけるエンジンＥ）と、バッテリ（例えば、実施の形態におけるバッテリ３）に対して電力を授受可能なモータ（例えば、実施の形態におけるモータＭ）とを駆動源として備え、少なくとも前記エンジン又は前記モータの動力の一方を、変速機（例えば、実施の形態におけるトランスミッションＴ）を介して車輪（例えば、実施の形態における前輪Ｗｆ）に伝達して走行するハイブリッド車両の変速制御装置において、前記部分気筒休止運転をするか否かを判断する気筒休止判断手段（例えば、実施の形態におけるステップＳ２）と、バッテリの残容量に基づいてモータによりアシストを行うかどうかを判断するモータ出力判断手段（例えば、実施の形態におけるステップＳ４）とを備え、前記気筒休止判断手段とモータ出力判断手段との判断結果に基づいて前記変速機の変速マップを持ち替え、前記変速マップは、通常の変速マップと、この通常の変速マップよりも低車速側で変速を行うように設定された複数の変速マップとで構成され、前記通常の変速マップよりも低車速側で変速するように設定された複数の変速マップは、前記部分気筒休止運転を行わない場合、又は、前記エンジンの駆動力を前記モータによりアシスト可能な場合に持ち替えられることを特徴とする。

請求項２に記載した発明は、前記部分気筒休止運転を行わない場合、最も低車速側で変速するように設定された変速マップに持ち替えることを特徴とする。

請求項３に記載した発明は、前記気筒休止判断手段が、前記部分気筒休止運転を行うか否かの判断を、少なくともエンジンの水温に基づいて行うことを特徴とする。

請求項４に記載した発明は、前記バッテリの残容量が過充電領域以下の所定の範囲内の場合に前記モータによるアシストを行うことを特徴とする。

請求項５に記載した発明は、前記気筒休止判断手段とモータ出力判断手段とに基づいて前記変速機の変速マップを持ち替えた後に前記気筒休止判断手段又は前記モータ出力判断手段の判断条件が変化した場合、前記変速マップの持ち替えを禁止することを特徴とする。

請求項６に記載した発明は、前記気筒休止判断手段とモータ出力判断手段とに基づいて前記変速機の変速マップを持ち替えた後に前記バッテリの残容量又は気筒休止判断手段の判断条件が変化した場合、この変化後の判断条件に基づいて前記変速マップを持ち替えることを特徴とする。

請求項１に記載した発明によれば、前記気筒休止判断手段の判断結果に基づいて行われるエンジンの気筒休止時と、モータ出力判断手段の判断結果に基づいて行われるモータによるアシスト時とに、最適な変速マップに持ち替えて変速制御を行うことができるため、エンジンの不要な気筒切替えと、エンジン回転数の不要な上昇とを抑制し、燃費の向上を図ることができる効果がある。

また、前記通常の変速マップよりも低車速側で変速を行うように設定された複数の変速マップで持ち替えた際には、通常の変速マップよりも低車速側で変速を行うことができるため、エンジン回転数の上昇を抑制して燃費の向上を図ることができる効果がある。

さらに、消費エネルギー量の多いエンジンの気筒休止を行わない場合や、前記モータによりアシストを行う場合に前記エンジンの回転数が上昇するのを抑制することが可能になるため、燃費の向上を図ることが可能となる効果がある。

請求項２に記載した発明によれば、請求項１の効果に加え、エンジンの燃料噴射量が多いエンジンの気筒休止を行わない場合に、最も低車速側でシフトアップを行うようにすることができるため、さらに回転数の上昇を抑制し、燃費向上を図ることができる効果がある。

請求項３に記載した発明によれば、上述した効果に加え、例えば、エンジンの水温が十分に高いと判定された場合に、エンジンの気筒休止に移行することができるため、確実かつ容易にエンジンの気筒休止判断を行うことができる効果がある。

請求項４に記載した発明によれば、上述した効果に加え、バッテリ残容量が過充電領域以下の所定の範囲である場合に積極的にモータによってアシストすることができるため、エンジン回転数が上昇するのを抑制して燃費向上を図ることができる効果がある。

請求項５に記載した発明によれば、上述した効果に加え、例えば、クルーズ充電でバッテリの残容量が変動した場合であっても、そのままの変速マップを維持することができるため、エンジン回転数の上昇を抑制して燃費の向上を図ることができる効果がある。

請求項６に記載した発明によれば、例えば、クルーズ充電でバッテリの残容量が変動した場合には、変速マップを持ち替えてドライバビリティを向上することができるため、商品性を向上させることができる効果がある。

次に、この発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１はこの発明の実施形態のパラレルハイブリッド車両を示し、エンジンＥ、モータＭ、トランスミッションＴを直列に直結した構造のものである。エンジンＥ及びモータＭの両方の駆動力は、ＡＴ（オートマチックトランスミッション）であるトランスミッション（変速機）Ｔを介して車輪である前輪Ｗｆ（後輪あるいは前後輪でもよい）に伝達される。また、ハイブリッド車両の減速時に前輪Ｗｆ側からモータＭ側に駆動力が伝達されると、モータＭは発電機として機能していわゆる回生制動力を発生し、車体の運動エネルギーを電気エネルギーとして回収する。

モータＭの駆動及び回生作動は、制御ユニット（ＥＣＵ）１からの制御指令を受けてパワードライブユニット（ＰＤＵ）２により行われる。パワードライブユニット２にはモータＭと電気エネルギーの授受を行う高圧系のニッケル−水素バッテリ（以下、単にバッテリと呼ぶ）３が接続されている。４は各種補機類を駆動するための１２ボルトの補助バッテリを示し、この補助バッテリ４はバッテリ３にＤＣ−ＤＣコンバータであるダウンバータ５を介して接続されている。制御ユニット１により制御される前記ダウンバータ５は、バッテリ３の電圧を降圧して補助バッテリ４を充電するようになっている。尚、制御ユニット１はバッテリ３を保護すると共にその残容量ＳＯＣ（State of Charge）の算出を行っている。

制御ユニット１には、前記ダウンバータ５に加えて、エンジンＥへの燃料供給量を制御する図示しない燃料供給量制御手段が接続されており、この燃料供給量制御手段によって点火時期等の制御を行うようになっているため、制御ユニット１には、車速（ＶＰ）を検出する車速センサｓ１からの信号と、エンジン回転数（ＮＥ）を検出するエンジン回転数センサｓ２からの信号と、トランスミッションＴのシフトポジション（ＳＨ）を検出するシフトポジションセンサｓ３からの信号と、ブレーキ（Ｂｒ）ペダルの操作を検出するブレーキセンサｓ４からの信号と、アクセルペダルの開度（ＡＰ）を検出するアクセルペダル開度センサｓ５からの信号と、スロットル開度（ＴＨ）を検出するスロットル開度センサｓ６からの信号と、エンジンの吸入空気量（ＡＦ）を検出する吸入空気量センサｓ７からの信号と、バッテリ３の温度（ＴＢＡＴ）を検出するバッテリ温度センサｓ８からの信号等が入力される。

ＢＳはブレーキペダルに連係された制動倍力装置を示し、この制動倍力装置ＢＳの負圧配管には負圧を検出する負圧センサｓ９が設けられている。尚、この負圧センサｓ９も制御ユニット１に接続されている。また、制御ユニット１には後述するＰＯＩＬ（油圧）センサｓ１０、スプールバルブ６のソレノイド、ＴＯＩＬ（油温）センサｓ１１が接続されている。

エンジンＥはいわゆるＳＯＨＣのＶ型６気筒エンジンであって、一方のバンクの３つの気筒は気筒休止運転可能な可変バルブタイミング機構ＶＴを備えた構造で、他方のバンクの３つの気筒は気筒休止運転を行わない通常の動弁機構（図示せず）を備えた構造となっている。気筒休止可能な３気筒は各々２つの吸気弁と２つの排気弁が油圧ポンプ７、スプールバルブ６、気筒休止側通路８、気筒休止解除側通路９を介して可変バルブタイミング機構ＶＴにより閉状態を維持できるような構造となっている。

具体的には、油圧ポンプ７からエンジン潤滑系へ供給される作動油の一部がスプールバルブ６を介して気筒休止可能なバンクの気筒休止側通路８に供給されると、各々ロッカーシャフト１０に支持され、それまで一体で駆動していたカムリフト用ロッカーアーム１１ａ（１１ｂ）と弁駆動用ロッカーアーム１２ａ，１２ａ（１２ｂ，１２ｂ）が分離して駆動可能となるため、カムシャフト１３の回転により駆動するカムリフト用ロッカーアーム１１ａ，１１ｂの駆動力が弁駆動用ロッカーアーム１２ａ，１２ｂに伝達されず、吸気弁と排気弁が閉状態のままとなる。これにより３つの気筒の吸気弁と排気弁が閉状態となる気筒休止運転を行うことができる。尚、気筒休止解除側通路９には気筒休止時において気筒休止解除側通路９の油圧を検出する前記ＰＯＩＬセンサｓ１０が設けられ、油圧ポンプ７の潤滑系配管１４には油温を検出する前記ＴＯＩＬセンサｓ１１が設けられている。尚、１５は電動オイルポンプ、１６は電子制御スロットルを示す。

したがって、上記エンジンＥは、片側のバンクの３つの気筒が休止した状態の３気筒運転（部分気筒休止運転）と、両方のバンクの６気筒全部が駆動する６気筒運転（全気筒運転）とを切り替えられることとなる。

図３は時間（横軸）に対するバッテリ残容量ＳＯＣ（縦軸）の変化を示したものである。ここで、前述した制御ユニット１では、例えば、電圧、放電電流、温度等に基づいて算出されるバッテリ残容量ＳＯＣのゾーン分け（いわゆるゾーンニング）として、４つのゾーンが設定されている。具体的には、通常使用領域であるゾーン（Ｚｏｎｅ）Ａ（ＳＯＣ４５％〜ＳＯＣ７５％）を基本として、その下に暫定使用領域であるゾーンＢ（ＳＯＣ２５％〜ＳＯＣ４５％）、さらにその下に、ゾーンＣ（ＳＯＣ０％〜ＳＯＣ２５％）が区画されている。一方、ゾーンＡの上には、過充電領域であるゾーンＤ（ＳＯＣ７５％〜ＳＯＣ１００％）が設けられている。

例えば、バッテリ残容量ＳＯＣが８０％でゾーンＤにある場合は、モータＭによるアシスト量を増加し、クルーズ時の発電量を減らす等して、前記バッテリが放電傾向となるように制御して通常使用領域であるゾーンＡの範囲内になるようにしている。一方、バッテリ残容量ＳＯＣが２０％、３０％で前記ゾーンＡより下の範囲のゾーンＢ、ゾーンＣにそれぞれある場合には、モータＭによるアシストを制限し、発電量を多めに設定して、前記バッテリが充電傾向となるように制御してゾーンＡの範囲内になるようにしている。つまり、できるだけ前記バッテリ残容量ＳＯＣがゾーンＡの範囲内となるように制御することで、モータＭによるアシストを積極的に行うことが可能となるのである。

ところで、前述したＡＴ等のトランスミッションＴのシフトチェンジは、前記制御ユニット１からの制御指令に従って行われるようになっている。前記制御ユニット１内には、予め車速Ｖとエンジン回転数ＮＥとでギヤ段を決定する複数の変速マップが格納されており、後述する運転状態に応じて最適な変速マップを持ち替えるようになっている。

次に、図２のフローチャートに基づいて、変速マップの持ち替え処理を説明する。
まず、ステップＳ１では、例えば、バッテリ残容量ＳＯＣ、車速ＶＰ、エンジン回転数ＮＥ、アクセルペダル開度ＡＰ、シフトポジションＳＨに基づいて、エンジンの部分気筒休止許可条件を判断してステップＳ２に進む。ステップＳ２（気筒休止判断手段）では、エンジンの部分気筒休止が可能か否かを判定する。具体的には、前記エンジンの部分気筒休止可能か否かの判定を最終的にエンジン冷却水温度ＴＷが所定水温（例えば、７５℃程度）以上か否かによって判定する。ここで、前記エンジン冷却水温度ＴＷをエンジンの部分気筒休止可能か否かを判定するパラメータとしているのは、前記エンジン冷却水温度ＴＷが低い時にはエンジンに対する負荷が大きくエンジンの部分気筒休止を行うべきではないからである。

ステップＳ２の判定結果が「ＹＥＳ」（部分気筒休止可能）である場合はステップＳ３に進み、判定結果が「ＮＯ」（部分気筒休止不可能）である場合はそのまま全気筒運転を継続してステップＳ７に進む。そして、ステップＳ３においてエンジンの部分気筒休止を実施するべく６気筒の内３気筒を休止してステップＳ４に進む。ステップＳ４（モータ出力判断手段）ではバッテリ残容量ＳＯＣが所定範囲内（ゾーンＡ）か否かを判定する。判定結果が「ＹＥＳ」（所定範囲内）である場合はステップＳ５に進み、判定結果が「ＮＯ」である場合はステップＳ６に進む。ステップＳ５では第１変速マップに持ち替えてリターンし、ステップＳ６では、第２変速マップに持ち替えてリターンする。さらに、ステップＳ７では第３変速マップに持ち替えてリターンする。

ここで、前記第２変速マップは参照頻度が最も高い通常のマップであり、例えば、アクセルペダル開度が低開度の条件で、トランスミッションＴのシフトアップが行われる車速が、全ての変速マップ中最も高い車速（例えば、３速から４速へのシフトアップが４４ｋｍ／ｈ程度）に設定されている。これに対し、第１変速マップは、例えば、前記第２変速マップよりもシフトアップされる車速が低車速（例えば、３速から４速へのシフトアップが４２ｋｍ／ｈ程度）に設定されており、さらに、第３変速マップは第１変速マップよりもシフトアップされる車速がより低車速（例えば、３速から４速へのシフトアップが４０ｋｍ／ｈ程度）に設定され、各変速マップのうち最も低車速側でシフトアップが行われるようになっている。

すなわち、全気筒運転である６気筒運転時よりも部分気筒休止運転である３気筒運転時の方が、燃料噴射量が半減して燃費が向上することとなるが、さらに、３気筒運転でモータアシストを行う場合の方が、３気筒運転でモータアシストを行わない場合よりも低回転側でシフトアップすることとなるため、３気筒運転でモータアシストを行う場合のエンジン回転数がより低回転側に維持され、この結果、モータによって積極的にアシストを行いエンジンの各気筒への燃料噴射量を低減することができる。

また、各変速マップのうち最も低回転側でシフトアップするマップを用いエンジン回転数を最も低回転状態に維持して各気筒への燃料噴射量を抑制した状態で６気筒運転するため、気筒毎の燃料消費量の低減効果を６気筒分で得られ、したがって、３気筒運転時にこのマップを用いた場合に比較して燃料消費量の低減効果を最大限に得ることができる。

したがって、上述の実施の形態によれば、制御ユニット１でエンジン冷却水温度ＴＷに基づいて部分気筒休止の最終的な判断を行うことができるため、簡単な処理でエンジンＥの部分気筒休止に移行することができ、この結果、エンジンＥの部分気筒休止運転への移行頻度を向上させることができる。

そして、このエンジン冷却水温度ＴＷが十分に高い場合に６気筒の内半分の３気筒を休止させ、バッテリ残容量ＳＯＣがゾーンＢ以下の領域又はゾーンＤ以上の領域である場合に、モータアシストを使用せずに部分気筒休止中のエンジンＥのみで車両を駆動するように制御することができる。この際、第２変速マップを参照してトランスミッションＴのシフトチェンジを行うことができるため、モータアシストを使用する場合の第１変速マップよりも高回転側でシフトチェンジを行うことができ、例えば、図３に示すように、バッテリ残容量ＳＯＣが低下している場合（図中、ゾーンＣのＳＯＣ２０％又はゾーンＢのＳＯＣ３０％）などにはエンジン回転数が高回転になる分だけ、発電量を増加させることができる。

さらに、部分気筒休止時にバッテリ残容量ＳＯＣがゾーンＡの範囲内にある場合には、積極的にモータアシストを行うことができ、この時に第１変速マップを参照してトランスミッションＴのシフトチェンジを行うことができるため、第２変速マップを参照する場合よりも早めのシフトアップを行うことが可能となり、この結果、エンジン回転数の不要な上昇を抑制して燃費の向上を図ることができる。

そして、エンジン冷却水温度ＴＷが低く、エンジンＥの部分気筒休止運転が不可能である場合には、６気筒全てに燃料を噴射させるため、エンジン回転数が同一であれば最も燃料消費量が多くなるが、第３変速マップを参照してトランスミッションＴのシフトアップを行うことで、各変速マップのうち最も低回転側でシフトアップすることができるため、不要なエンジン回転数の上昇を抑制してさらなる燃費を向上することができる。

また、各変速マップを参照している際に、バッテリ残容量ＳＯＣやエンジン冷却水温度ＴＷが変化して、例えば、エンジンＥの部分気筒休止運転が可能な状態から不可能な状態に変化したり、また、この逆の変化が生じた場合であっても、変化後のバッテリ残容量ＳＯＣやエンジン冷却水温度ＴＷに応じた変速マップに持ち替えることができるため、ドライバビリティの低下を防止しつつ、商品性の向上を図ることができる。

尚、この発明は上述した実施の形態に限られるものではなく、３速から４速へのシフトアップ以外に２速から３速や、４速から５速へのシフトアップを低速側で行うように設定してもよい。さらに、バッテリ残容量ＳＯＣがゾーンＡ以外の場合に、ゾーンＡの範囲に入るように充放電制御を行った後に変速マップを持ち替えるようにしても良い。

また、上記実施の形態ではバッテリ残容量ＳＯＣやエンジン冷却水温度ＴＷが変化すると、変化後の運転状態に応じた変速マップに持ち替える場合について説明したが、他の態様として、バッテリ残容量ＳＯＣやエンジン冷却水温度ＴＷが変化しても、変化前の変速マップを継続して参照する構成としてもよい。この場合、早めのシフトアップを維持することでエンジン回転数を低回転側に維持することができるため、燃費向上を優先する場合などに好適である。

本発明の実施の形態におけるハイブリッド車両のシステム図である。 本発明の実施の形態における変速マップの持ち替え処理のフローチャートである。 本発明の実施の形態におけるバッテリ残容量の領域マップである。

符号の説明

３ バッテリ
Ｅ エンジン
Ｍ モータ
Ｔ トランスミッション（変速機）
Ｗｆ 前輪（車輪）
ステップＳ２ 気筒休止判断手段
ステップＳ４ モータ出力判断手段

Claims (6)

1. 全気筒のうち一部の気筒のみを休止する部分気筒休止運転が可能なエンジンと、バッテリに対して電力を授受可能なモータとを駆動源として備え、
   少なくとも前記エンジン又は前記モータの動力の一方を、変速機を介して車輪に伝達して走行するハイブリッド車両の変速制御装置において、
   前記部分気筒休止運転をするか否かを判断する気筒休止判断手段と、
   バッテリの残容量に基づいてモータによりアシストを行うかどうかを判断するモータ出力判断手段とを備え、
   前記気筒休止判断手段とモータ出力判断手段との判断結果に基づいて前記変速機の変速マップを持ち替え、
   前記変速マップは、通常の変速マップと、この通常の変速マップよりも低車速側で変速を行うように設定された複数の変速マップとで構成され、
   前記通常の変速マップよりも低車速側で変速するように設定された複数の変速マップは、前記部分気筒休止運転を行わない場合、又は、前記エンジンの駆動力を前記モータによりアシスト可能な場合に持ち替えられることを特徴とするハイブリッド車両の変速制御装置。
2. 前記部分気筒休止運転を行わない場合、最も低車速側で変速するように設定された変速マップに持ち替え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変速制御装置。
3. 前記気筒休止判断手段は、前記部分気筒休止運転を行うか否かの判断を、少なくともエンジンの水温に基づいて行うことを特徴とする請求項１又は２に記載のハイブリッド車両の変速制御装置。
4. 前記バッテリの残容量が過充電領域以下の所定の範囲内の場合に前記モータによるアシストを行うことを特徴とする請求項１〜請求項３に記載のハイブリッド車両の変速制御装置。
5. 前記気筒休止判断手段とモータ出力判断手段とに基づいて前記変速機の変速マップを持ち替えた後に前記気筒休止判断手段又は前記モータ出力判断手段の判断条件が変化した場合、前記変速マップの持ち替えを禁止することを特徴とする請求項１〜請求項４に記載のハイブリッド車両の変速制御装置。
6. 前記気筒休止判断手段とモータ出力判断手段とに基づいて前記変速機の変速マップを持ち替えた後に前記バッテリの残容量又は気筒休止判断手段の判断条件が変化した場合、この変化後の判断条件に基づいて前記変速マップを持ち替えることを特徴とする請求項１〜請求項５に記載のハイブリッド車両の変速制御装置。

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