JP4453643B2 - ハイブリッド車両の駆動力源切替制御装置 - Google Patents

Description

本発明はハイブリッド車両において駆動力源をエンジン及びモータの間で切り替えるときの制御に関する。

駆動力源としてエンジンとモータとを備え、運転状態に応じて駆動力源を切り替えて走行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において駆動力源をエンジンからモータへと切り替えるときに、エンジンの最小出力トルクがモータの最大出力トルクより大きい場合は、エンジンを最小出力トルクまで低下させてから停止させてもモータトルクとの間に差があるので、エンジンの停止に伴ってトルクが急激に低下する。これにより、ショックが発生して運転者に不快感を与える可能性がある。

そこで、エンジンの燃焼を均質燃焼から成層燃焼へと切り替えることや、気筒を一つずつ停止させることでエンジントルクを極力低下させてから停止させる技術が特許文献１に記載されている。
特開２００４−１１５１５公報

しかし、エンジンの燃焼を成層燃焼に切り替えると排気温度が低下するので触媒の温度が低下して排気の浄化性能が悪化する。また、一部の気筒を停止すると気筒間のトルク差が大きくなりトルク変動が増大して運転性が悪化する。

本発明は、排気浄化性能の悪化や運転性の悪化を抑制しながら、駆動力源をエンジンからモータへと切り替える際のトルクの急変によるショックを防止することを目的とする。

本発明のハイブリッド車両の駆動力源切替制御装置は、要求駆動トルクがモータ最大トルクより大きいときエンジンを駆動力源に設定し、要求駆動トルクがモータ最大トルクより小さいときモータを駆動力源に設定するように駆動力源を切替制御する駆動力源切替制御手段を備え、モータ最大トルクがエンジン最小トルクより小さくなる運転状態において、要求駆動トルクがエンジン最小トルクより小さくモータ最大トルクより大きいとき、エンジンを駆動力源としておいてエンジンの駆動力の一部を吸収し、前記駆動力源切替制御手段は、モータ最大トルクがエンジン最小トルクより小さくなる運転状態において、要求駆動トルクがエンジン最小トルクより小さいとき、要求駆動トルクがモータ最大トルクを下回るまで、エンジンを駆動力源に設定してエンジントルクの一部を吸収している状態を継続し、要求駆動トルクがモータ最大トルクを下回ると、駆動力源をエンジンからモータへ切り替える。

本発明によれば、駆動力源をエンジン及びモータのうち一方から他方へと切り替えるときであって、要求駆動トルクがエンジンの最小トルクでは過大となり、モータの最大トルクでは不足するときに、エンジンを駆動力源としてエンジントルクの一部を吸収するので、駆動力源の切り替え時に生じるトルク段差を抑制することができる。

（第１実施形態）
以下では図面等を参照して本発明の実施の形態について詳しく説明する。図１は本発明におけるハイブリッド車両の駆動力源切替制御装置のシステム構成概略図である。

車両１００は駆動力源としてエンジン１及びモータ２を備え、エンジン１の下流側に第１クラッチ３を介してモータ２が設けられ、さらにモータ２の下流側に第２クラッチ４を介してトランスミッション５が設けられる。

エンジン１はコントローラ６からインジェクタ７に送信される燃料噴射量信号によってトルクが制御される。エンジントルクは第１クラッチ３を介してモータ２に伝達される。

モータ２はバッテリ８から供給される電力によって力行し、エンジントルクから伝達されるトルク又は駆動軸９から伝達される駆動輪１０の連れ回りトルクによって回転して発電し、発電電力をバッテリ８に蓄電する。なお、バッテリ８の直流電流はインバータ１１によって交流電流に変換されてからモータ２に供給される。モータ２はコントローラ６からインバータ１１に送信される電圧信号によってトルクが制御される。

エンジン１及びモータ２のうち少なくとも一方から伝達されるトルクはトランスミッション５、ディファレンシャルギア１２を介して駆動輪１０へと伝達される。

ＡＰＳセンサ１３はアクセルペダル操作量を検出し、車速センサ１４は車速を検出し、クランク角センサ１５はクランク角に基づいてエンジン回転速度を検出し、モータ温度センサ１６はモータ２の温度を検出する。排温センサ１７はエンジン１の排気通路に設けられ排気の温度を検出する。触媒温度センサ１８はエンジン１の排気通路の途中であって排温センサより下流に設けられる排気触媒の温度を検出する。水温センサ１９はエンジン１の冷却水の温度を検出する。以上の検出値はそれぞれコントローラ６へ送信される。

コントローラ６は、バッテリ８の蓄電状態及び各センサから受信した信号に基づいてエンジン１及びモータ２のトルクを制御して駆動力源をエンジン１及びモータ２の間で切り替える。

次にコントローラ６で行う制御について図２のフローチャートを参照しながら説明する。なお、これらの制御は微少時間（例えば１０ｍｓ）毎に行う。

ステップＳ１では、バッテリ８の蓄電状態、アクセルペダル操作量、車速、エンジン回転速度、モータ２の温度、排気温度、触媒温度及び冷却水温を読み込む。

ステップＳ２では、車速及びアクセルペダル操作量に基づいて運転者の要求駆動トルクを演算する。要求駆動トルクと車速及びアクセルペダル操作量との関係は予め実験などによってマップを求めておく。

ステップＳ３では、この時点におけるモータ２の最大トルクを演算する。最大トルクはバッテリ８の蓄電状態、モータ２のサイズ及びモータ２の温度に基づいて演算される。モータ２の最大トルクとバッテリ８の蓄電状態、モータ２のサイズ及びモータ２の温度との関係は予め実験などによってマップを求めておく。

ステップＳ４では、モータ最大トルクが要求駆動トルク以上であるか否かを判定する。要求駆動トルク以上であればステップＳ５へ進み、要求駆動トルクより小さければステップＳ７へ進む。

ステップＳ５では、エンジントルクをゼロに設定する。

ステップＳ６ではモータトルクを要求駆動トルクに設定する。なお、ステップＳ５、Ｓ６は同時に行う。

一方、ステップＳ４においてモータ最大トルクが要求駆動トルクより小さいと判定されると、ステップＳ７へ進んでエンジン最小トルクを演算する。エンジン最小トルクとはエンジン１が出力することができる最小のトルクであり、図３に示すマップに従って演算される。図３（ａ）は冷却水温、エンジントルク及び燃焼安定性の関係を示すマップであり、図３（ｂ）はエンジン回転速度、エンジントルク及び燃焼安定性の関係を示すマップである。

図３（ａ）、（ｂ）に示すようにエンジントルクを小さくしていくと、ある値より下でエンジン１の燃焼が不安定になる燃焼不安定領域に入る。よって、エンジン最小トルクは図３（ａ）、図３（ｂ）を参照して、本制御実行時の冷却水温において燃焼安定領域となるエンジントルクの最小値と、本制御実行時のエンジン回転速度において燃焼安定領域となるエンジントルクの最小値とを比較して大きい方の値に設定される。なお、エンジン最小トルクは冷却水温及び回転速度のいずれか一方のみに基づいて設定してもよい。

図２に戻ってステップＳ８では、エンジン最小トルクが要求駆動トルクより大きいか否かを判定する。要求駆動トルクより大きければステップＳ９へ進み、要求駆動トルク以下であればステップＳ１１へ進む。

ステップＳ９では、エンジントルクをエンジン最小トルクに設定する。

ステップＳ１０ではモータトルクを要求駆動トルクからエンジン最小トルクを減算した値に設定する。ここで、ステップＳ８において要求駆動トルクはエンジン最小トルクより小さいと判定されているので、要求駆動トルクからエンジン最小トルクを減算した値は負の値であり、モータ２は回生を行い、エンジントルクの一部を吸収する。なお、ステップＳ９、Ｓ１０は同時に行う。

一方、ステップＳ８においてエンジン最小トルクが要求駆動トルク以下であると判定されると、ステップＳ１１へ進んでエンジントルクを要求駆動トルクに設定する。

ステップＳ１２ではモータトルクをゼロに設定する。なお、ステップＳ１１、Ｓ１２は同時に行う。

以上の制御をまとめて図４のタイミングチャートを参照しながら本実施形態の作用を説明する。図４は本実施形態における駆動力源切替制御装置においてエンジン１とモータ２との間で駆動力源を切り替える場合のタイミングチャートである。（ａ）は要求駆動トルク、（ｂ）はエンジントルク、（ｃ）は燃料噴射量、（ｄ）はエンジントルクから要求駆動トルクを減算した値（トルクの差分）、（ｅ）はモータトルクをそれぞれ示している。

車両１００がエンジン１のトルクのみで走行中、要求駆動トルクが低下して、時刻ｔ１においてエンジン最小トルクを下回ると、その時点における燃料噴射量を一定に保ちエンジントルクはエンジン最小トルクに保持され、燃焼不安定領域まで低下することを防止できる。

このときエンジントルクは一定であるが要求駆動トルクは低下しているので、エンジントルクはエンジントルクから要求駆動トルクを減算した値だけ余剰となる。従ってこの余剰トルクをモータ２で回生して発電する。

時刻ｔ２において、要求駆動トルクがモータ最大トルクを下回ると燃料噴射を停止してエンジントルクをゼロとする。同時にモータ２を力行させて要求駆動トルクをモータ２のみで発生させる。

以上のように本実施形態では、駆動力源をエンジン１からモータ２へと切り替えるときであって、要求駆動トルクがエンジン１の最小トルクでは過大となり、モータ２の最大トルクでは不足するときに、エンジン１を駆動力源としてエンジントルクの一部を吸収するので、駆動力源の切り替え時に生じるトルク段差を抑制して運転性の悪化を防止することができる。

また、モータ２を回生させることでエンジントルクの一部を吸収するので、余剰のエンジントルクが無駄になることがなく燃費の悪化を防止できる。

さらに、エンジントルク、すなわちエンジン最小トルクから要求駆動トルクを減算した値をモータ２によって回生するので、要求駆動トルクに対するエンジントルクの余剰分を確実に回収して要求駆動トルクをより確実に実現することができる。

さらに、エンジン１の出力可能な最小トルクは、本制御実行時の冷却水温において燃焼安定領域となるエンジントルクの最小値と、本制御実行時のエンジン回転速度において燃焼安定領域となるエンジントルクの最小値とを比較して大きい方の値に設定されるので、要求駆動トルクが低下してもエンジン１を燃焼不安定領域で運転させることがなく、運転性の悪化及びエンジン１の燃焼不安定によるトルク変動を防止できる。

（第２実施形態）
本実施形態ではシステム構成及び制御の大部分については第１実施形態と同一であり、図２のステップＳ７におけるエンジン最小トルクの演算処理が異なる。なお、以下の実施形態において第１実施形態と同一の部分については同一の符号を付して適宜説明を省略する。

本実施形態では第１実施形態の図２のステップＳ７におけるエンジン最小トルクを、図５のマップに従って演算する。図５はエンジン回転速度、エンジントルク及び排温の関係を示すマップである。図５に示すようにエンジントルクを小さくしていくと排温が低下していき、ある値より下で触媒が活性化されない触媒非活性領域に入る。よって、エンジン最小トルクは図５を参照して本制御実行時のエンジン回転速度において触媒活性領域となるエンジントルクの最小値に設定される。

以上の制御をまとめて図６のタイミングチャートを参照しながら本実施形態の作用を説明する。図６は本実施形態における駆動力源切替制御装置においてエンジン１とモータ２との間で駆動力源を切り替える場合のタイミングチャートである。（ａ）は要求駆動トルク、（ｂ）はエンジントルク、（ｃ）は燃料噴射量、（ｄ）は排温、（ｅ）はエンジントルクから要求駆動トルクを減算した値（トルクの差分）、（ｆ）はモータトルクをそれぞれ示している。

車両１００がエンジン１のトルクのみで走行中、要求駆動トルクが低下して、時刻ｔ１においてエンジン最小トルクを下回ると、その時点における燃料噴射量を一定に保ちエンジントルクはエンジン最小トルクに保持される。これにより排温も一定となり触媒非活性温度まで低下することを防止できる。

このときエンジントルクは一定であるが要求駆動トルクは低下しているので、エンジントルクはエンジントルクから要求駆動トルクを減算した値だけ余剰となる。従ってこの余剰トルクをモータ２で回生して発電する。

時刻ｔ２において、要求駆動トルクがモータ最大トルクを下回ると燃料噴射を停止してエンジントルクをゼロとする。同時にモータ２を力行させて要求駆動トルクをモータ２のみで発生させる。

以上のように本実施形態では、エンジン１の出力可能な最小トルクを排気温度に基づいて演算するので、触媒の活性状態を維持して排気浄化能力の低下を防止できる。

なお、本実施形態において排温の代わりに触媒温度に基づいてエンジン最小トルクを演算しても上記と同様の作用効果を得ることができる。

（第３実施形態）
本実施形態ではシステム構成については第１実施形態と同一であり、制御内容が異なる。以下、図７のフローチャートを参照しながら本実施形態の制御について説明する。

ステップＳ５１〜Ｓ５６は図２のステップＳ１〜Ｓ６と同一である。

ステップＳ５７では、排温が排温下限値以上であるか否かを判定する。排温下限値以上であればステップＳ５８へ進み、排温下限値より小さければステップＳ５９へ進む。ここで、排温はステップＳ５１において読み込んでいるが運転状態から推定してもよい。この場合、エンジントルク及びエンジン回転速度に対する排温データをマップ化したものを予め実験などによって求めておき、エンジントルク及びエンジン回転速度に応じてマップを参照して推定する。

ステップＳ５８は図２のステップＳ７と同一である。

ステップＳ５９では、排温フィードバックトルクを演算する。排温フィードバックトルクとは触媒が非活性とならない運転点におけるエンジントルクであり、図５のマップに基づいて演算される。

ステップＳ６０では、エンジン最小トルクを排温フィードバックトルクに設定する。本ステップでは、排温が排気浄化性能を確保できる下限温度まで低下したとき、排温を上げるようにエンジントルクに対してフィードバックを行うことになる。

ステップＳ６１〜Ｓ６５は図２のステップＳ８〜Ｓ１２と同一である。

以上のように本実施形態では、エンジン１の出力可能な最小トルクをエンジン１の燃焼安定性に基づいて演算し、排温が排温下限値を下回るとき排温を上昇させるようにエンジン最小トルクを演算するので、エンジン１の燃焼安定性を確保してトルク変動を防止しながら触媒の排気浄化能力を確保することができる。

なお、本実施形態において排温の代わりに触媒温度に基づいてフィードバックトルクを演算しても上記と同様の作用効果を得ることができる。

（第４実施形態）
本実施形態では制御内容は第１実施形態と同一であり、システム構成が異なる。図８は本実施形態のシステム構成概略図である。本実施形態では図８に示すように第１実施形態の構成に加えてモータ２０及びインバータ２１をさらに一つずつ備えている。

モータ２０はエンジン１とそれぞれのプーリ２２に掛け回されたベルト２３を介して接続され、エンジン１の駆動トルクによって回転して発電する。インバータ２１はインバータ１１と同様にバッテリ８の直流電流を交流電流に変換してからモータ２０に供給し、モータ２０の発電電流を直流に変換してバッテリ８に蓄電する。モータ２０はコントローラ６からインバータ２１に送信される電圧信号によってトルクが制御される。

第１実施形態におけるモータトルクは本実施形態においてはモータ２のトルクを意味するが、エンジン１のトルクを回生する際にはモータ２に限らずモータ２０によっても行うことができる。

本実施形態のシステム構成を用いても第１〜第３実施形態で説明したのと同様の作用効果を得ることができる。

以上説明した実施形態に限定されることなく、その技術的思想の範囲内において種々の変形や変更が可能である。

例えば、第１〜第４実施形態では要求駆動トルクが低下しているときに駆動力源をエンジンからモータへと切り替える際の制御について説明したが、要求駆動トルクが増大しているときに駆動力源をモータからエンジンへと切り替える際にも適用可能であり、この場合にも同様の作用効果を得ることができる。

また、本実施形態ではモータによってエンジントルクを吸収しているが、これに限定されることなくブレーキやリターダなどによってエンジントルクを吸収してもよい。

第１実施形態におけるハイブリッド車両の駆動力源切替制御装置を示すシステム構成概略図である。 第１実施形態におけるハイブリッド車両の駆動力源切替制御装置の制御を示すフローチャートである。 （ａ）は冷却水温、エンジントルク及び燃焼安定性の関係を示すマップであり、（ｂ）はエンジン回転速度、エンジントルク及び燃焼安定性の関係を示すマップである。 第１実施形態の作用を示すタイムチャートである。 エンジン回転速度、エンジントルク及び排温の関係を示すマップである。 第２実施形態の作用を示すタイムチャートである。 第３実施形態におけるハイブリッド車両の駆動力源切替制御装置の制御を示すフローチャートである。 第４実施形態におけるハイブリッド車両の駆動力源切替制御装置を示すシステム構成概略図である。

符号の説明

１ エンジン
２ モータ
３ 第１クラッチ
４ 第２クラッチ
５ トランスミッション
６ コントローラ
７ インジェクタ
８ バッテリ
９ 駆動軸
１０ 駆動輪
１１ インバータ
１２ ディファレンシャルギア
１３ ＡＰＳセンサ
１４ 車速センサ
１５ クランク角センサ
１６ モータ温度センサ
１７ 排温センサ
１８ 触媒温度センサ
１９ 水温センサ
２０ モータ
２１ インバータ
２２ プーリ
２３ ベルト
１００ 車両
２００ 車両

Claims (7)

1. エンジン及びモータを備え、駆動力源を前記エンジン及び前記モータのうちいずれか一方から他方へと切り替えて走行することができるハイブリッド車両の駆動力源切替制御装置において、
   要求駆動トルクを演算する要求駆動トルク演算手段と、
   前記エンジンの出力可能な最小トルクであるエンジン最小トルクを演算するエンジン最小トルク演算手段と、
   前記モータの出力可能な最大トルクであるモータ最大トルクを演算するモータ最大トルク演算手段と、
   前記要求駆動トルクが前記モータ最大トルクより大きいとき前記エンジンを駆動力源に設定し、前記要求駆動トルクが前記モータ最大トルクより小さいとき前記モータを駆動力源に設定するように駆動力源を切替制御する駆動力源切替制御手段と、
   前記モータ最大トルクが前記エンジン最小トルクより小さくなる運転状態において、前記要求駆動トルクが前記エンジン最小トルクより小さく前記モータ最大トルクより大きいとき、前記エンジントルクの一部を吸収するトルク吸収手段と、を備え、
   前記駆動力源切替制御手段は、前記モータ最大トルクが前記エンジン最小トルクより小さくなる運転状態において、前記要求駆動トルクが前記エンジン最小トルクより小さいとき、前記要求駆動トルクが前記モータ最大トルクを下回るまで、前記エンジンを駆動力源に設定して前記エンジントルクの一部を前記トルク吸収手段により吸収している状態を継続し、前記要求駆動トルクが前記モータ最大トルクを下回ると、駆動力源を前記エンジンから前記モータへ切り替えることを特徴とするハイブリッド車両の駆動力源切替制御装置。
2. 前記トルク吸収手段は、前記エンジントルクの一部を回生するモータによって構成され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駆動力源切替制御装置。
3. 前記トルク吸収手段は、前記エンジントルクから前記要求駆動トルクを減算した分だけトルクを吸収することを特徴とする請求項１または２に記載のハイブリッド車両の駆動力源切替制御装置。
4. 前記エンジン最小トルク演算手段は、前記エンジンの燃焼状態が安定となるエンジントルクの最小値を前記エンジンの冷却水温に基づいて演算し、前記エンジン最小トルクとすることを特徴とする請求項１から３までのいずれか１項に記載のハイブリッド車両の駆動力源切替制御装置。
5. 前記エンジン最小トルク演算手段は、前記エンジンの燃焼状態が安定となるエンジントルクの最小値を前記エンジンの回転速度に基づいて演算し、前記エンジン最小トルクとすることを特徴とする請求項１から３までのいずれか１項に記載のハイブリッド車両の駆動力源切替制御装置。
6. 前記エンジン最小トルク演算手段は、前記エンジンの燃焼状態が安定となるエンジントルクの最小値を前記エンジンの冷却水温及び回転速度に基づいてそれぞれ演算し、大きい方の値を前記エンジン最小トルクとすることを特徴とする請求項１から３までのいずれか１項に記載のハイブリッド車両の駆動力源切替制御装置。
7. 前記エンジンの排気通路に設けられ、前記エンジンの排気を浄化する触媒をさらに備え、
   前記エンジン最小トルク演算手段は、前記エンジンの排気温度及び前記触媒の温度のうち少なくとも一方に基づいて前記エンジン最小トルクを演算することを特徴とする請求項１から３までのいずれか１項に記載のハイブリッド車両の駆動力源切替制御装置。

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