JP4420867B2 - ハイブリッド車の制御方法 - Google Patents

Description

本発明はハイブリッド車の制御方法、特にエンジン出力軸とモータジェネレータとロックアップクラッチを有するトルクコンバータとが直列接続されたハイブリッド車において、アクセル全閉とした減速時の制御方法に関するものである。

アクセルを全閉とした減速を行う際、燃料カットを行う車両が知られている。燃料カット中は、ロックアップクラッチを係合させることにより、エンジン回転数の急激な降下を抑制して燃料カット時間を長く保つと同時に、適切なエンジンブレーキを確保できるようにしている。

一般に、トルクコンバータのロックアップクラッチでは、正駆動領域（エンジン回転数≧タービン回転数）と逆駆動領域（エンジン回転数＜タービン回転数）とでＡＴＦの流れが異なるため、減速時のような逆駆動領域では、ロックアップクラッチの油圧コントロールで徐々につなぐような制御ができない。上記の理由により、エンジンのみを駆動源とする一般車両では、正駆動状態でロックアップクラッチの係合制御を行う。図６は、一般車両において、アクセル全閉とすると同時に燃料カットおよびロックアップクラッチの係合を開始した場合であり、エンジン回転の降下速度が大きく、一旦逆駆動状態になった後でロックアップクラッチが係合した状態を示す。係合時に大きなショックが発生する。

ロックアップクラッチの係合時のショックを防止するため、図７に示すように、燃料カットを遅らせたり、ＩＳＣ（アイドル回転数制御）の増量を行い、エンジン回転の降下速度が小さくなるように制御する方法がある。なお、一旦逆駆動状態になると、係合時のショックを回避するため、減速ロックアップ制御を解除している。上記方法では、減速ロックアップ時の係合ショックをなくすために、燃料カットのディレイやＩＳＣの増量を行う必要があり、さらに逆駆動状態では減速ロックアップ制御を解除する必要があるため、十分な燃費改善効果が得られないという問題がある。

特許文献１には、ハイブリッド車において、アクセルが全閉になった時、モータジェネレータによりエンジン回転数の降下を抑制しながらロックアップクラッチを係合し、燃料カットを行うものが提案されている。
この場合には、エンジン回転数の降下速度を緩やかに制御でき、減速ロックアップ時の係合ショックをなくすことが可能である。

ところで、エンジンにモータジェネレータが直結されたハイブリッド車の場合、モータジェネレータの重量に起因するイナーシャが大きいため、アクセル全閉にしてもエンジン回転数の降下速度が緩やかであり、トルクコンバータのタービン回転数相当まで降下するのに時間がかかることがある。そのため、ロックアップおよび燃料カット開始までに時間がかかり、燃費低減効果が損なわれるという問題がある。特許文献１のようにモータジェネレータを利用してエンジン回転数を制御する方法を用いても、エンジン回転数の降下を抑制するだけであり、速やかにエンジン回転数をタービン回転数相当まで降下させることができない。
特開２００４−１９０４９３号公報

本発明の目的は、アクセルを全閉とした減速を行う際に、ロックアップおよび燃料カット開始までの時間を短縮し、燃費低減効果を高めることができるハイブリッド車の制御方法を提供することにある。

上記目的を達成するため、本発明は、エンジン出力軸とモータジェネレータの回転軸とロックアップクラッチを有するトルクコンバータの入力軸とが直列接続されたハイブリッド車において、アクセル開度が所定開度以下になったとき、ロックアップクラッチの係合を開始すると共に、エンジンへの燃料供給を停止する第１ステップと、エンジン回転数をトルクコンバータのタービン回転数へ近づけるための目標エンジン回転数及び目標エンジン回転数降下速度を決定する第２ステップと、上記エンジン回転数が上記目標エンジン回転数より高く、かつエンジン回転数の降下速度が上記目標エンジン回転数降下速度よりも小さいときに、モータジェネレータを回生制御する第３ステップと、を有することを特徴とするハイブリッド車の制御方法を提供する。

アクセル開度が所定開度以下になると、ロックアップクラッチの係合を開始すると共に、燃料カットされるので、エンジン回転数が降下し始める。しかし、エンジン出力軸とモータジェネレータとが直結されているため、モータジェネレータのイナーシャのためにエンジン回転数の降下が緩やかになる。そこで、モータジェネレータを回生制御、つまりモータジェネレータに負のトルクを発生させ、エンジン回転数を強制的に降下させ、タービン回転数へ近づける。その結果、ロックアップクラッチが係合し終わる前に燃料カットを開始でき、燃料カットの期間を長くでき、燃費低減効果を高めることができる。

本発明では、モータジェネレータの回生制御を、エンジン回転数が目標値（目標エンジン回転数）より高く、かつエンジン回転数の降下速度が目標値の降下速度（目標エンジン回転数降下速度）よりも小さい時に実施している。目標値とは、燃料カットによるエンジン回転数の降下時に、所定期間内にエンジン回転数がタービン回転数に同期するように、時定数を決めてタービン回転数に近づける降下カーブのことであり、初期はエンジン回転数を素早くタービン回転数に近づける一方、タービン回転数に近づいた後は徐々に同期させる。タービン回転数が変化したときには、その都度、目標値を計算しなおす。エンジン回転数が目標値より高く、かつエンジン回転数の降下速度が目標値の降下速度よりも小さい時とは、エンジン回転数が目標値から離れようとしている状態であるから、モータジェネレータによりエンジン回転数を強制的に降下させることで、エンジン回転数を目標値へ近づけ、タービン回転数へ速やかに同期させることができる。

エンジン回転数が目標値より低く、かつエンジン回転数の降下速度が目標値の降下速度よりも大きくなったときには、モータジェネレータをアシスト制御、つまりモータジェネレータに正のトルクを発生させるのがよい。
モータジェネレータを回生制御し、エンジン回転数を強制的に降下させた場合、エンジン回転数の降下速度が大きくなり過ぎ、逆駆動状態になってロックアップクラッチの係合ショックが発生することがある。そこで、エンジン回転数が目標値より低く、かつエンジン回転数の降下速度が目標値の降下速度よりも大きくなったときには、エンジン回転数の降下速度を小さくするようモータジェネレータをアシスト制御することで、エンジン回転数をタービン回転数へ滑らかに同期させることができ、係合ショックを解消できる。

モータジェネレータの回生制御を実施するか、またはアシスト制御を実施するかは、エンジン回転数と目標値との関係、およびエンジン回転数の降下速度と目標値の降下速度との関係によって決まる。つまり、エンジン回転数がタービン回転数に近づくための目標カーブ（目標値特性）に沿うようにモータジェネレータをフィードバック制御することで、燃料カットしたままでも減速ロックアップの係合ショックを出さないように制御できる。そのため、燃費低減効果を最大限発揮することができる。

以上のように、本発明によれば、減速ロックアップ時に、モータジェネレータを回生制御し、エンジン回転数を強制的に降下させることで、ロックアップクラッチが係合し終わる前に燃料カットを開始でき、燃料カットの期間を長くすることができる。その結果、燃費低減効果を高めることができる。

以下に、本発明の実施の形態を、実施例を参照して説明する。

図１は本発明の一例であるハイブリッド車のシステム構成を示す。
エンジン１の出力軸１ａとロックアップクラッチ４を有するトルクコンバータ３の入力軸３ａとの間にモータジェネレータ２が設けられ、トルクコンバータ３の出力軸３ｂが変速機５の入力軸と連結されている。変速機５の出力軸５ａは駆動輪（図示せず）と接続されている。この実施例では変速機５を、複数の摩擦係合要素と遊星歯車機構とを用いた公知の自動変速機（ＡＴ）として説明するが、無段変速機であってもよい。

エンジン１はエンジン制御用コントローラ１０によって制御され、モータジェネレータ２はモータ制御用コントローラ１１によって制御され、自動変速機５およびトルクコンバータ３（ロックアップクラッチ４）はＡＴ制御用コントローラ１２によって制御される。各コントローラ１０，１１，１２にはそれぞれ各種センサから信号が入力され、かつ相互に通信用バス１３で接続されている。入力信号には、例えばエンジン回転数、タービン回転数、車速、スロットル開度（アクセル開度）、シフト位置などの信号が含まれる。

エンジン制御用コントローラ１０は、走行状態に応じた最適な燃料噴射量に制御するものであり、例えばアクセル全閉状態の減速時にエンジンへの燃料供給を停止するフューエルカット（燃料カット）や、走行状態から車両が停止した際に、エンジンを自動停止させ、停車中の無駄な燃料消費や排出ガスの発生を抑える自動アイドルストップ制御などを実施することができる。

ＡＴ制御用コントローラ１２は周知のように、走行状態に応じて予め設定された変速マップ（図示せず）に従って変速段を決定し、油圧制御装置に内蔵されたソレノイドバルブを制御することによって、摩擦係合要素に選択的に油圧を供給し、決定された変速段へ変速するものである。また、ＡＴ制御用コントローラ１２は、トルクコンバータ３のロックアップクラッチ４を係合（スリップ）、解放制御するためのソレノイドバルブを制御する機能を有する。

モータ制御用コントローラ１１にはバッテリ１４が接続され、モータジェネレータ２を駆動してエンジン１をアシスト制御すると共に、モータジェネレータ２の回生エネルギーをバッテリ１４に蓄える回生制御を行うようになっている。

図２は上記ハイブリッド車の制御方法の一例を示すタイムチャート図である。ここでは、アクセルＯＮ状態からＯＦＦ状態へ変化した時の減速ロックアップを示す。
時刻ｔ₁ でアクセルを全閉状態へ変化させると、時刻ｔ₂ でエンジン回転数は降下し始める。ここで、所定期間Δｔでエンジン回転数がタービン回転数に同期する目標カーブＳを計算し、エンジン回転数をこの目標カーブＳに沿って降下させる。しかし、エンジン出力軸１ａとモータジェネレータ２とが直結されているため、モータジェネレータ２のイナーシャのためにエンジン回転数の降下が緩やかであり、そのためエンジン回転数の降下が目標カーブＳ（破線で示す）より遅れる。そこで、モータジェネレータ２を回生制御、つまりモータジェネレータ２に負のトルクを発生させ、エンジン回転数を強制的に降下させ、タービン回転数へ近づける。回生時の負トルクの大きさは、エンジン回転数と目標カーブＳの回転数との差、およびエンジン回転数の降下速度と目標カーブＳの降下速度との差に応じて決定するのがよい。時刻ｔ₂ とほぼ同時刻で燃料カットを開始し、ロックアップクラッチ４に係合初期圧を供給する。通常時は、ロックアップクラッチ４が滑らず必要な時に直ぐ外れる最適係合圧を供給するが、減速ロックアップ時には、逆駆動状態になる場合があり、係合が外れる恐れがあるため、最適係合圧より所定値だけ高い係合初期圧を供給するのがよい。ロックアップクラッチ４の差圧は破線で示すように遅れて上昇する。
時刻ｔ₃ で、エンジン回転数の降下速度が目標カーブＳの降下速度より所定値以上大きくなると、それまでの回生制御からアシスト制御に変更する。つまり、そのまま回生制御を継続すると、エンジン回転数がタービン回転数より低くなり、逆駆動状態になる恐れが生じるので、モータジェネレータ２によりアシスト制御を行い、エンジン回転数の降下速度を緩やかにする。なお、アシスト時の正トルクの大きさも、エンジン回転数と目標値Ｓとの差、およびエンジン回転数の降下速度と目標値Ｓの降下速度との差に応じて決定するのがよい。
その結果、時刻ｔ₄ でエンジン回転数がタービン回転数に徐々に同期し、この状態でロックアップクラッチ４の係合が終了するため、ショックの発生は殆どない。

上記のように、エンジン回転数が目標カーブＳに沿って降下するようにモータジェネレータ２をフィードバック制御することで、逆駆動状態になるのを防止し、ショックを発生させずにロックアップクラッチ４を係合させることができるとともに、ロックアップクラッチ４が係合し終わる前に燃料カットを開始できる。換言すれば、燃料カットしたままでもロックアップクラッチ４をショックを出さずに係合させることができ、燃費低減効果を高めることができる。

図３は本発明にかかるアクセル全閉時の減速ロックアップ制御の一例のフローチャート図を示す。
制御がスタートすると、まず減速ロックアップの実施条件が成立しているか否かを判定する（ステップＳ１）。この実施条件とは、アクセル開度が所定開度以下（アクセル開度がほぼ全閉）であること、油温が作動可能な温度範囲であること、エンジン回転数がロックアップできる最低回転数より高いことなどである。実施条件が成立している場合には、エンジン回転数とタービン回転数とがほぼ一致しているかどうかを判定し（ステップＳ２）、一致している場合には、モータ制御用コントローラ１１にてモータトルクを通常制御し（ステップＳ３）、ロックアップクラッチ４の油圧を最適係合圧に制御する（ステップＳ４）。
一方、ステップＳ２において、エンジン回転数とタービン回転数とが一致していないと判定された場合には、後述するモータトルク制御を実施する（ステップＳ５）。すなわち、モータ制御用コントローラ１１にトルク要求を出力し、エンジン回転数を目標値に近づくように制御する。そして、ロックアップクラッチ４を初期圧で係合させる（ステップＳ６）。

図４は上記ステップＳ５におけるモータトルク制御の具体的な方法を示す。
まず、エンジン回転数の目標値を計算し（ステップＳ７）、続いてエンジン回転数の降下速度の目標値（目標降下速度）を計算する（ステップＳ８）。そして、エンジン回転数と目標値とを比較し（ステップＳ９）、エンジン回転数＜目標値の場合には、次にエンジン回転数の降下速度と目標降下速度とを比較する（ステップＳ１０）。エンジン回転数の降下速度≧目標降下速度の場合には、モータジェネレータ２に正トルクを発生させる（ステップＳ１１）。つまり、エンジン回転数が目標値より低く、かつエンジン回転数の降下速度が大き過ぎる場合には、アシスト制御を実施することで、エンジン回転数の降下を緩やかにして目標回転数へ近づける。一方、エンジン回転数の降下速度＜目標降下速度の場合には、状況に応じてモータトルクを正負に変化させ、エンジン回転数を目標値へ近づける（ステップＳ１２）。ステップＳ１２では、エンジン回転数が既に目標値に近づく傾向にあるため、モータ発生トルク＝０としてもよい。
ステップＳ９において、エンジン回転数≧目標値の場合には、次にエンジン回転数の降下速度と目標降下速度とを比較し（ステップＳ１３）、エンジン回転数の降下速度≧目標降下速度の場合には、ステップＳ１２と同様に状況に応じてモータトルクを正負に変化させ、エンジン回転数を目標値へ近づける。一方、エンジン回転数の降下速度＜目標降下速度の場合には、モータジェネレータ２により負トルクを発生させる（ステップＳ１４）。つまり、エンジン回転数が目標値より高く、かつエンジン回転数の降下速度が小さ過ぎる場合には、回生制御を実施することで、エンジン回転数の降下を速くし、目標回転数へ近づける。

図５は上記ハイブリッド車の制御方法の他の例を示すタイムチャート図であり、ここでは下り坂をアクセル全閉状態で走行するときのロックアップを示す。
アクセル全閉状態で下り坂を走行していると、車速の上昇に伴ってタービン回転数は上昇する。時刻ｔ₅ で燃料カットが実施され、エンジン回転数はタービン回転数より低い状態で推移する。
時刻ｔ₆ でロックアップクラッチ４の係合を開始するとともに、モータジェネレータ２をアシスト制御し、エンジン回転数を強制的に上昇させてタービン回転数へ近づける。そのため、ロックアップクラッチ４の係合が終了する時点（時刻ｔ₇ ）ではエンジン回転数とタービン回転数とがほぼ同期しており、ショックの発生を防止できる。
このように、アクセル全閉の減速ロックアップだけでなく、アクセル踏み込みの小さい領域におけるエンジン回転数の低い状態からでもロックアップクラッチを係合させることができ、燃料カット領域を拡大できる。
上記の場合も、エンジン回転数がタービン回転数へ近づく理想的な目標カーブを決定し、エンジン回転数と目標値Ｓとの差、およびエンジン回転数の上昇速度と目標値Ｓの上昇速度との差に応じてモータジェネレータ２をフィードバック制御することで、エンジン回転数を目標カーブに沿って上昇させることができ、ロックアップクラッチをショックなく係合させることができる。

上記実施例では、回生時およびアシスト時のトルクの大きさを、エンジン回転数と目標値との差、およびエンジン回転数の降下速度と目標値の降下速度との差に応じて決定したが、他の因子によって決定してもよい。また、予め決められたトルク値を時間制御で与えてもよい。

本発明にかかるハイブリッド車の一例のシステム構成図である。 ハイブリッド車の減速ロックアップ制御の一例を示すタイムチャート図である。 本発明にかかるアクセル全閉時の減速ロックアップ制御の一例のフローチャート図である。 モータトルク制御の一例のフローチャート図である。 ハイブリッド車の下り坂をアクセル全閉状態で走行するときのロックアップ制御の一例のタイムチャート図である。 一般車両における減速ロックアップ制御のタイムチャート図である。 係合ショックを改善した減速ロックアップ制御のタイムチャート図である。

符号の説明

１ エンジン
２ モータジェネレータ
３ トルクコンバータ
４ ロックアップクラッチ
５ 自動変速機
１０ エンジン制御用コントローラ
１１ モータジェネレータ制御用コントローラ
１２ ＡＴ制御用コントローラ

Claims (2)

1. エンジン出力軸とモータジェネレータの回転軸とロックアップクラッチを有するトルクコンバータの入力軸とが直列接続されたハイブリッド車において、
   アクセル開度が所定開度以下になったとき、ロックアップクラッチの係合を開始すると共に、エンジンへの燃料供給を停止する第１ステップと、
   エンジン回転数をトルクコンバータのタービン回転数へ近づけるための目標エンジン回転数及び目標エンジン回転数降下速度を決定する第２ステップと、
   上記エンジン回転数が上記目標エンジン回転数より高く、かつエンジン回転数の降下速度が上記目標エンジン回転数降下速度よりも小さいときに、モータジェネレータを回生制御する第３ステップと、を有することを特徴とするハイブリッド車の制御方法。
2. 上記エンジン回転数が上記目標エンジン回転数より低く、かつエンジン回転数の降下速度が上記目標エンジン回転数降下速度よりも大きくなったときに、モータジェネレータをアシスト制御する第４ステップを有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の制御方法。

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