JP4591269B2 - ハイブリッド車両の段差乗り越え発進時駆動力制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、動力源としてエンジンの他にモータを具え、これらエンジンおよびモータの少なくとも一方からの動力により走行されるハイブリッド車両が、段差を乗り越えながら発進する段差乗り越え発進に際し、段差乗り越えを終了した直後においてハイブリッド車両の駆動力を適切に制御するための装置に関するものである。

ハイブリッド車両に限らず車両は、発進時において段差を乗り越えながら当該発進を行うことが必要になる場合がある。
かように段差を乗り越えながらの車両発進時においては、段差乗り越えを可能にするために、段差乗り越えが可能になるような駆動力を増大させる制御が要求される。

エンジン回転をトルクコンバータを経て自動変速機に入力し、自動変速機が入力回転を変速して駆動車輪に向かわせるよにした自動変速機搭載車にあっては、段差乗り越え発進に際し運転者がアクセルペダルを踏み込んでエンジン回転数（トルクコンバータ入力回転数）を高める時、トルクコンバータがトルク増大作用を生起されて容易に段差乗り越え発進を可能にすることから、運転者はアクセルペダルを大きく踏み込むことなく段差乗り越え発進を行うことができる。

また、段差乗り越え終了時に運転者がアクセルペダルを踏み戻してエンジン回転数（トルクコンバータ入力回転数）を低下させる時、トルクコンバータがトルク増大作用を行わなくなることから、段差乗り越え終了時に走行抵抗の低下で車速が急上昇する車両の突き出し感を容易に防止することができる。

自動変速機搭載車にあっては上記のように、段差乗り越え発進時にもともと運転者がアクセルペダルを大きく踏み込む必要がないこと、また、段差乗り越え終了時にアクセルペダルの踏み戻しに伴うエンジン回転の低下でトルクコンバータのトルク増大作用が解除されて車両の突き出し感防止効果を期待できることから、
段差乗り越え終了時に走行抵抗が低下して車速が急上昇するのを回避するためアクセルペダルを踏み戻すに際し、その戻し量が少ないと共に、戻し速度も比較的緩やかでよい。

ところで、本発明が制御対象とするハイブリッド車両は、特許文献1に記載のものに代表されるように、動力源としてエンジンのほかにモータを具え、これらエンジンおよびモータのうち、少なくとも一方からの動力により伝動効率が最も良くなる制御態様で走行されるが、高い伝動効率を使命としてトルクコンバータを伝動系に具えない構成を踏襲するのが常套である。
特許第３０４５０６３号明細書

しかし、かようにトルクコンバータを伝動系に具えないハイブリッド車両にあっては、アクセルペダルの踏み込みに伴うエンジン回転の上昇により生起されるトルクコンバータのトルク増大機能を利用した段差乗り越え発進を期待できないことから、この段差乗り越え発進に際し運転者は、アクセルペダル踏み込み量を自動変速機搭載車よりも大きくしている。

かようにハイブリッド車両にあっては、段差乗り越え発進時にアクセルペダル踏み込み量を大きくしていることから、段差乗り越えの終了で走行抵抗が低下した時に車速が急上昇して車両が突き出されるような感じを受ける傾向となり、これを防止するために運転者は大急ぎで、しかも大きくアクセルペダルの踏み戻しを行う必要があり、段差乗り越え終了時における運転操作性が悪くなるという問題を生ずる。

図3に示すごとく、車輪が走行抵抗R＝R2をもたらすような段差に遭遇した状態で、瞬時t0からアクセル開度APOを図示のごとくに増大させることにより車両を段差乗り越え発進させる場合につき、上記の問題を詳述する。
アクセル開度APOの増大で駆動トルクTも図示のごとくに上昇する。
段差がなければ車速VSPは二点鎖線で示すように瞬時t0から立ち上がるが、段差があるため、駆動トルクTが走行抵抗R2と釣り合うトルクTbになる瞬時t1になって初めて、車速VSPは余裕駆動力（駆動トルクT−走行抵抗R）の発生により実線で示すように立ち上がり、段差乗り越えが開始される。

段差乗り越えが終了して走行抵抗RがR2からR1へと低下する瞬時t2以後も、駆動トルクTは大きなアクセル開度APOに起因して順次実線および波線で示すように大きく保たれることから、走行抵抗Rの上記低下に伴って余裕駆動力が順次実線および波線で示すように急増した後、大きな値に保たれる。
かかる余裕駆動力の急増および高止まりにより車速VSPが順次実線および波線で示すように急上昇して、段差乗り越え終了時に車両が突き出されるような感じを受ける傾向となる。
この突き出し感を解消するために運転者は大急ぎで、しかも大きくアクセルペダルの踏み戻しを行う必要があり、これが段差乗り越え終了時における運転操作性の悪化の原因となる。

本発明は、段差乗り越え終了時に運転者が大急ぎで大きくアクセルペダルを踏み戻す特別なアクセル操作をしなくても、車両が突き出されるような突き出し感を生ずることのないような段差乗り越え発進時駆動力制御を提案し、もって、段差乗り越え終了時における上記運転操作性の悪化に関する問題を解消することを目的とする。

この目的のため、本発明によるハイブリッド車両の段差乗り越え発進時駆動力制御装置は、請求項1に記載したごとく、
動力源としてモータを具え、モータの動力により走行される車両において、
車速情報から加速度情報を求め、該加速度情報における加速度変化割合が設定値を超えた加速度の急増を示す時をもって車輪が段差を乗り越えたと判定する段差乗り越え終了検知手段と、
前記段差乗り越え終了検知手段により段差を乗り越えたと判定した加速度変化割合に応じて駆動トルクを低下させる第１の駆動力抑制手段と、
前記段差乗り越え終了検知手段により段差乗り越え終了判定がなされた時の前後における前記加速度変化割合が、前記段差乗り越え終了判定用の設定値よりも大きな第2の設定値を超えた加速度の急増を示すものである時にはさらに、車輪の制動によって駆動力を抑制する第２の駆動力抑制手段とを具える、ことを特徴とするものである。

本発明によるハイブリッド車両の段差乗り越え発進時駆動力制御装置によれば、段差乗り越えが終了したのを検知する時に駆動力を抑制するよう構成したため、
伝動系にトルクコンバータを有しないハイブリッド車両故に段差乗り越え発進時にアクセルペダルを大きく踏み込んでいても、走行抵抗が小さくなる段差乗り越え終了時に駆動力と走行抵抗との間の差値である要求駆動力が大きなままに保たれることがなく、この余裕駆動力による車速の大きな上昇（車両の突き出し感）を緩和することができる。

そして、段差乗り越え終了時に運転者が大急ぎで大きくアクセルペダルを踏み戻す特別なアクセル操作をしなくても、上記の作用効果を売ることができ、段差乗り越え終了時における運転操作性の悪化に関する前記した問題を解消することができる。

以下、本発明の実施の形態を、図面に示す実施例に基づき詳細に説明する。
図1は、本発明の一実施例になる段差乗り越え発進時駆動力制御装置を具えたフロントエンジン・フロントホイールドライブ式（前輪駆動式）ハイブリッド車両のパワートレーンを、その制御系とともに示す。

このパワートレーンは、動力源としてエンジン1およびモータ2を具え、これらからの動力により左右前輪3を後述のごとくに駆動して車両を走行させるものとする。
これがため、単純遊星歯車組4を可とする差動装置を設け、単純遊星歯車組4はサンギヤ4sと、リングギヤ4rと、これらに噛合した複数個のピニオン4pを回転自在に支持するキャリア4cとで構成する。

キャリア4cに入力軸5を結合し、この入力軸5にエンジン1を結合して、キャリア4cにエンジン回転を入力する。
キャリア4cへのエンジン回転は、一方でサンギヤ4s、および、入力軸5上で回転する中空軸6を経てジェネレータ（発電機）7に伝達し、他方でリングギヤ4r、スプロケット8、チェーン9、終減速機10およびディファレンシャルギヤ装置11を経て左右前輪3に伝達するようになす。

リングギヤ4rには更に前記のモータ2を結合し、モータ2からの回転もリングギヤ4r、スプロケット8、チェーン9、終減速機10およびディファレンシャルギヤ装置11を経て左右前輪3に伝達するようになす。

図1の構成になるハイブリッド車両のパワートレーンにおいては、エンジン1の動力が入力軸5から、キャリア4c、リングギヤ4r、スプロケット8、チェーン9、終減速機10、およびディファレンシャルギヤ装置11を経て、また、モータ2の動力がリングギヤ4rから、スプロケット8、チェーン9、終減速機10、およびディファレンシャルギヤ装置11を経て左右前輪3に伝達され得て、エンジン1およびモータ2の協調により、或いは、その何れか一方により車両を走行させることができる。

この間ジェネレータ7は、エンジン動力の一部により作動されて発電負荷に応じた電力を発電し、この電力と、必要に応じ充当されるバッテリ12からの電力とでモータ2は駆動されるものとする。
なお車両の発進時は、エンジン1を停止し、モータ2からの動力のみがリングギヤ4rから、スプロケット8、チェーン9、終減速機10、およびディファレンシャルギヤ装置11を経て左右前輪3に伝達されて、当該発進を行うものとする。

エンジン1、モータ2、ジェネレータ7を統合コントローラ13により制御することとし、このため統合コントローラ13には、
エンジン1の要求負荷状態を表すアクセルペダル踏み込み量（アクセル開度APO）を検出するアクセル開度センサ14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センサ15からの信号と、
車速VSPを検出する車速センサ16からの信号と、
バッテリ12の蓄電状態SOC（持ち出し可能電力）を検出する蓄電状態センサ17からの信号と、
前輪3の駆動トルク（駆動力）Tを検出する駆動トルクセンサ18からの信号とを入力する。

統合コントローラ13はこれら入力情報にもとづく周知の演算により、目標エンジントルクtTe、目標モータトルクtTm、および発電負荷tTgを決定する。
目標エンジントルクtTeはエンジンコントローラ19に供給され、このエンジンコントローラ19は、エンジントルクが目標エンジントルクtTeとなるようエンジン1を制御する。
そして、目標モータトルクtTmおよび発電負荷tTgはモータ/ジェネレータコントローラ20に供給される。

ここでモータ/ジェネレータコントローラ20は、一方で発電負荷tTgをジェネレータ7に与えてジェネレータ7が発電負荷tTgに応じた電力を発電するようにすると共にこの電力をインバータ21を介してモータ2に向かわせたりバッテリ12に蓄電するようにし、
他方でモータ2のトルクが目標モータトルクtTmとなるよう、ジェネレータ7からの電力および/またはバッテリ12からの電力をインバータ21を介してモータ2に供給する。

統合コントローラ13は、上記した通常の制御に加えて、図2に示す制御プログラムを実行して、本発明が狙いとする段差乗り越え発進時駆動力制御を以下のごとくに行う。
図2の制御プログラムは、図3の瞬時t1におけるように駆動トルクTが走行抵抗R2と釣り合うトルクTbになって、車速VSPが余裕駆動力（駆動トルクT−走行抵抗R）の発生により実線で示すように立ち上がり、段差乗り越えが開始される瞬時t1に開始する。
ここで段差乗り越えの開始は、車速VSPの立ち上がりをもって検出することができる。

先ずステップＳ1においては、図3の段差乗り越え開始瞬時t1における車速VSP＝0を車速初期値として記憶し、
次のステップＳ2においては、同じく図3の段差乗り越え開始瞬時t1における駆動トルクT＝Tbをトルク初期値として記憶する。
次いでステップＳ3において、段差乗り越え終了時t2の車速VSPをVSP1にセットし、本発明が目的とする駆動力制御を開始する瞬時t3の車速VSPをVSP2にセットする。

ここで、段差乗り越え終了の判定は、車輪角加速度の移動平均が設定値以上になった時をもって当該判定を行うことができる。
また駆動力制御を開始する瞬時t3は、段差乗り越え終了判定時t2から、これ以後の車両加速度α’を求めるのに必要な最短時間Δt’が経過した時とする。

ステップＳ5においては、段差乗り越え終了時t2の後における車両加速度α’を
α’＝（VSP2−VSP1）/Δt’
＝ ΔV’/Δt’
の演算により求めると共に、段差乗り越え開始時t1から段差乗り越え終了判定時t2までの時間Δtを用いて、段差乗り越え終了時t2の前における車両加速度αを
α＝（VSP1−0）/Δt
＝ ΔV/Δt
の演算により求め、
これらの演算結果を用いて段差乗り越え前後の加速度変化（α’−α）を算出する。

次のステップＳ6においては、段差乗り越え前後のトルク変化（T’−Tb）を算出する。
またステップＳ7においては、上記段差乗り越え前後のトルク変化（T’−Tb）に対する加速度変化（α’−α）の割合X＝（α’−α）/（T’−Tb）を求め、これが設定値Yを越えたか否かを判定する。
上記した段差乗り越え前後のトルク変化に対する加速度変化割合Xは、これが設定値Yを越えた大きさであるとき、段差乗り越え前後のトルク変化（T’−Tb）に対して加速度変化（α’−α）が大きくて、段差乗り越えが終了していると共に、前記した車両の突き出し感を発生するような段差乗り越えであることを意味する。

ステップＳ7で段差乗り越え前後のトルク変化に対する加速度変化割合Xが設定値Y未満であると判定する間は、本発明による段差乗り越え発進時駆動力制御が不要であるから、制御をステップＳ3に戻して上記のループを繰り返す。
ステップＳ7で段差乗り越え前後のトルク変化に対する加速度変化割合Xが設定値Yを超えたと判定するとき、前記した車両の突き出し感を発生するような段差乗り越え終了時で本発明による段差乗り越え発進時駆動力制御が必要であるから、制御をステップＳ8以後に進める。
従ってステップＳ7は、本発明における段差乗り越え終了検知手段に相当する。

ステップＳ8においては、図3の瞬時t3以後に見られるように、駆動トルクTを、段差乗り越え前後のトルク変化に対する加速度変化割合Xに応じ、波線図示のトルク値から実線で示すトルク値へと低下させ、
統合コントローラ13はかかる駆動トルクTの低下が達成されるような目標モータトルクtTmをモータ/ジェネレータコントローラ20へ出力する。

これにより、余裕駆動力が図3の瞬時t3以後、波線図示の値から実線で示すように低下され、この余裕駆動力で決まる車速VSPの上昇が瞬時t3以後ゆるやかなものとなり、段差乗り越え終了後における車両の突き出し感を緩和することができる。
更に、アクセル開度APOの図3に示す時系列変化から明らかなように、運転者がアクセルペダルを急速に大きく踏み戻すような特別なアクセル操作を行わなくても上記の作用効果を達成することができ、段差乗り越え終了時の運転操作性が悪くなるという従来の問題を解消することができる。
従ってステップＳ8は、本発明における駆動力抑制手段に相当する。

ステップＳ9においては、段差乗り越え終了判定時t3の駆動トルクT’を記憶し、
ステップＳ10においては、上記の加速度変化割合Xが第2の設定値Z（但し、Z>Y）よりも大きいか否かをチェックし、ステップＳ8での駆動トルク低下のみでは上記の問題解決を実現し得ないような段差乗り越えか否かを判定する。

ステップＳ8での駆動トルク低下のみで上記の問題解決を実現し得る場合は、ステップＳ11をスキップして制御をステップＳ12に進めるが、駆動トルク低下のみでは上記の問題解決を実現し得ない場合は、ステップＳ11において、加速度変化割合Xに応じた車両減速度となるように自動ブレーキ制御を実行し、このような場合においても特別なアクセル操作なしに、段差乗り越え終了後における車両の突き出し感を確実に緩和し得るようになす。
従ってステップＳ10およびステップＳ11も、本発明における駆動力抑制手段に相当する。

ステップＳ12においては、段差乗り越え終了判定時t3以後、運転者によるブレーキ操作やアクセル操作があったか否かを、また、段差乗り越え終了判定時t3から設定時間が経過したり、設定距離以上走行したか否かを判定する。
これらの何れの条件も満足していなければ、制御をステップＳ3に戻して上記のループを繰り返し実行し、いずれか1つでも条件が整ったとき、上記の駆動力制御を終了させるべく制御をステップＳ13に進めることで、上記の駆動力制御がいつまでも行われる弊害を回避する。

ステップＳ13においては、上記のごとく低下された駆動トルクTを徐々に、アクセル開度APO対応の運転操作要求駆動トルクへ向けて増大復帰させ、
統合コントローラ13はかかる駆動トルクTの増大復帰が達成されるような目標モータトルクtTmをモータ/ジェネレータコントローラ20へ出力する。
これにより、上記駆動トルクTの増大復帰をショック無しに滑らかに行わせることができる。
従ってステップＳ12およびステップＳ13も、本発明における駆動力抑制手段に相当する。

ステップＳ14においては、車両が段差乗り越え終了後ホイールベース分に相当する距離だけ走行したか否かを、つまり、車両進行方向前方の先行車輪が段差を乗り越えた時からホイールベース相当分の距離だけ走行して、車両進行方向後方の後続車輪が同じ段差に遭遇するに至ったか否かをチェックする。
ステップＳ14で後続車輪が未だ同じ段差に遭遇していないと判定する間は、制御をステップＳ3に戻して上記のループを繰り返す。

ステップＳ14で後続車輪が同じ段差に遭遇したと判定する時、ステップＳ15において駆動トルクTを、ステップＳ9で記憶しておいた段差乗り越え終了時の駆動トルクT’へと増大させ、
統合コントローラ13はかかる駆動トルクTの増大が達成されるような目標モータトルクtTmをモータ/ジェネレータコントローラ20へ出力する。
これにより後続車輪が同じ段差を乗り越える時に駆動力不足になることなく、運転者によるアクセルペダルの踏み増し（アクセル開度APOの増加）なしに、この段差を確実に乗り越えることができる。
従って、ステップＳ14は本発明における後続車輪段差遭遇検知手段に相当し、ステップＳ15は本発明における駆動力増大手段に相当する。

最後のステップＳ16においては、後続車輪の段差乗り越え終了判定を、先行車輪の段差乗り越え終了判定と同様に行うと共に、この判定後、先行車輪の段差乗り越え終了判定がなされた時と同様の駆動力制御を実行して、前記したと同様の作用効果を達成する。

本発明の一実施例になる段差乗り越え発進時駆動力制御装置を具えたハイブリッド車両のパワートレーンを、その制御システムとともに示す線図的斜視図である。 同制御システムにおける統合コントローラが実行する段差乗り越え発進時駆動力制御プログラムを示すフローチャートである。 図2の段差乗り越え発進時駆動力制御を行った場合の動作タイムチャートである。

符号の説明

１ エンジン
２ モータ
３ 前輪（駆動輪）
４ 単純遊星歯車組
５ 入力軸
６ 中空軸
７ ジェネレータ
８ スプロケット
９ チェーン
10 終減速機
11 ディファレンシャルギヤ装置
12 バッテリ
13 統合コントローラ
14 アクセル開度センサ
15 エンジン回転センサ
16 車速センサ
17 バッテリ蓄電状態センサ
18 駆動トルクセンサ
19 エンジンコントローラ
20 モータ/ジェネレータコントローラ
21 インバータ

Claims (4)

1. 動力源としてモータを具え、モータの動力により走行される車両において、
   車速情報から加速度情報を求め、該加速度情報における加速度変化割合が設定値を超えた加速度の急増を示す時をもって車輪が段差を乗り越えたと判定する段差乗り越え終了検知手段と、
   前記段差乗り越え終了検知手段により段差を乗り越えたと判定した加速度変化割合に応じて駆動トルクを低下させる第１の駆動力抑制手段と、
   前記段差乗り越え終了検知手段により段差乗り越え終了判定がなされた時の前後における前記加速度変化割合が、前記段差乗り越え終了判定用の設定値よりも大きな第2の設定値を超えた加速度の急増を示すものである時にはさらに、車輪の制動によって駆動力を抑制する第２の駆動力抑制手段とを具える、車両の段差乗り越え発進時駆動力制御装置。
2. 請求項１に記載の車両の段差乗り越え発進時駆動力制御装置において、
   前記第２の駆動力抑制手段は、前記段差乗り越え終了検知手段により段差乗り越え終了判定がなされた時から設定時間経過後、または、設定距離走行後、或いは、運転者による制動操作やアクセル操作があった時、前記駆動力の抑制を終了させるものであることを特徴とする、車両の段差乗り越え発進時駆動力制御装置。
3. 請求項１又は２に記載の車両の段差乗り越え発進時駆動力制御装置において、
   前記第２の駆動力抑制手段は、前記駆動力の抑制を終了させるとき、駆動力をアクセル操作状態に対応した運転操作要求駆動力へ徐々に増大復帰させるものであることを特徴とする、車両の段差乗り越え発進時駆動力制御装置。
4. 請求項１〜３のいずれか１項に記載の車両の段差乗り越え発進時駆動力制御装置において、
   車両進行方向前方の先行車輪が段差を乗り越えた時からホイールベース相当分の距離だけ走行した時をもって、車両進行方向後方の後続車輪が同じ段差に遭遇すると判定する後続車輪段差遭遇検知手段と、
   この手段により後続車輪が前記段差に遭遇すると判定する時、駆動力を増大させる駆動力増大手段とを設けたことを特徴とする、車両の段差乗り越え発進時駆動力制御装置。

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