JP4637770B2

JP4637770B2 - ハイブリッド電気自動車の制御装置

Info

Publication number: JP4637770B2
Application number: JP2006054848A
Authority: JP
Inventors: 誠緒方
Original assignee: Mitsubishi Fuso Truck and Bus Corp
Current assignee: Mitsubishi Fuso Truck and Bus Corp
Priority date: 2006-03-01
Filing date: 2006-03-01
Publication date: 2011-02-23
Anticipated expiration: 2026-03-01
Also published as: US20070163821A1; DE102007008746A1; JP2007230384A; US7615950B2

Description

本発明はハイブリッド電気自動車の制御装置に関し、特にエンジンの駆動力と電動機の駆動力とがそれぞれ車両の駆動輪に伝達可能なハイブリッド電気自動車の制御装置に関する。

従来より、エンジンと電動機とを車両に搭載し、エンジンの駆動力と電動機の駆動力とをそれぞれ車両の駆動輪に伝達可能とした、いわゆるパラレル型ハイブリッド電気自動車が開発され実用化されている。
このようなパラレル型ハイブリッド電気自動車として、エンジンと自動変速機とを機械的に断接するクラッチを設け、このクラッチの出力軸と自動変速機の入力軸との間に電動機の回転軸を連結したハイブリッド電気自動車が、例えば特許文献１によって提案されている。

特許文献１に示されるようなハイブリッド電気自動車においては、クラッチを接続してエンジンと電動機の両方から駆動輪に駆動力を伝達可能とした状態と、クラッチを切断して電動機の駆動力のみを駆動輪に伝達可能とした状態とに切り換えられるようになっている。
例えば、アクセルペダルの踏み込みが解除され、車両のブレーキが作動していない状態でハイブリッド電気自動車が減速走行しているときには、エンジンのみを動力源とした同程度の車両が同様の減速を行うときに得られる減速度とほぼ同じ減速度を得ることができる減速トルクが要求減速トルクとして設定され、この要求減速トルクが得られるように電動機及びエンジンが制御される。このとき、電動機は発電機作動することにより回生制動力を発生し、回生制動エネルギを電力に変換してバッテリを充電することにより減速時のエネルギ回収を行うようにしている。このような要求減速トルクは、適正な車両減速度が得られるようにするため、変速機の入力回転数、即ち電動機の回転数が高いほど大きく設定される。

一方、電動機にはその仕様によって発生可能な回生制動トルクの上限値である上限減速トルクが定められており、この上限減速トルクは電動機の特性により、低回転域でほぼ一定の値となると共に、高回転域では回転数の上昇と共に減少するようになっている。
このため、車両減速時には上限減速トルクが要求減速トルク以上となる場合と、上限減速トルクが要求減速トルクより小さくなる場合とがある。そこで、上限減速トルクが要求減速トルク以上である場合にはクラッチを切断し、電動機の回生制動トルクのみで要求減速トルクが得るようにすることによって車両減速時のエネルギ回収を最大限に行う一方、上限減速トルクが要求減速トルクより小さい場合にはクラッチを接続し、電動機の回生制動トルクとエンジンの減速トルクとを合わせて要求減速トルクを得るようにすることが考えられる。

また、車両を駆動する場合の駆動トルクについても、電動機には減速トルクの場合と同様に発生可能な駆動トルクの上限値である上限駆動トルクが定められている。この上限駆動トルクについても上限減速トルクの場合と同様に、電動機の低回転域で大きく、高回転域では回転数の上昇と共に徐々に減少する傾向にある。このため、車両発進加速時などのような場合に、上限駆動トルクが車両の駆動に必要な要求駆動トルク以上であるときにはクラッチを切断し、電動機の駆動トルクのみで要求駆動トルクが得られるようにする一方で、車両走行中に要求駆動トルクが上限駆動トルクより大きくなったときにはクラッチを接続し、電動機の駆動トルクとエンジンの駆動トルクとを合わせて要求駆動トルクを得るようにすることが考えられる。
特開平５−１７６４０５号公報

ところが、例えば降坂路において運転者がアクセルペダルを解放して減速走行を意図すると、アクセルペダルの解放時点では電動機の回転数が十分に低いため、上限減速トルクの方が要求減速トルクより大きく、クラッチを切断して電動機の回生制動のみにより要求減速トルクを発生させて走行するが、降坂路の勾配が急であるために走行速度が次第に上昇すると共に電動機の回転数も上昇し、その結果として要求減速トルクが増大する一方で上限減速トルクが減少することがある。このような場合には上限減速トルクが要求減速トルクより小さくなった時点でクラッチが接続されるが、このときには電動機の回転数がかなり上昇している場合もあり、エンジンの回転数はクラッチ接続前のアイドル回転数から一気に上昇することになる。

このように、降坂時などで電動機の回転数が上昇した状態でクラッチが接続されることにより、それまで静かに運転していたエンジンの回転数が突然上昇すると、運転者は車両に異常が発生したと誤解したり、不快感を覚えたりするという問題がある。
車両駆動時においても、比較的高い走行速度で走行中に要求駆動トルクが小さい場合には、上限駆動トルクの方が大きくなり、クラッチが切断されて電動機のみで駆動を行うことがある。このような状態でアクセルペダルが踏み込まれ、要求駆動トルクが増大することによって要求駆動トルクの方が上限駆動トルクより大きくなると、要求駆動トルクが上限駆動トルクより大きくなった時点でクラッチが接続される。このときにも電動機の回転数は高速走行によってかなり上昇している場合もあり、エンジンの回転数はクラッチ接続前のアイドル回転数から一気に上昇することになる。

従って、このような場合にもそれまで静かに運転していたエンジンの回転数が突然上昇することにより、運転者は車両に異常が発生したと誤解したり、不快感を覚えたりするという問題がある。
本発明はこのような課題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、クラッチ接続時のエンジン回転数の急増を防止して運転フィーリングの低下を防止するようにしたハイブリッド電気自動車の制御装置を提供することにある。

上記目的を達成するため、本発明のハイブリッド電気自動車の制御装置は、エンジンの駆動力と電動機の駆動力とが車両の駆動輪に伝達可能であると共に、上記エンジンと上記駆動輪との機械的な接続がクラッチによって切断可能なハイブリッド電気自動車の制御装置において、上記電動機の回転数を検出する回転数検出手段と、上記回転数検出手段によって検出された回転数に応じ上記電動機が発生可能なトルクとして上限トルクを設定すると共に、上記車両の走行に必要なトルクとして上記エンジン及び上記電動機の少なくとも一方から出力すべき要求トルクを設定し、上記上限トルクが上記要求トルク以上であるときには上記クラッチを切断して上記要求トルクを発生するように上記電動機を制御する一方、上記上限トルクが上記要求トルクより小さいときには上記クラッチを接続して上記エンジンのトルクと上記電動機のトルクとの合計が上記要求トルクとなるように上記エンジン及び上記電動機を制御し、上記車両が走行中に上記回転数検出手段によって検出された回転数が所定回転数以上となったときには上記上限トルクが上記要求トルク以上のときであっても上記クラッチを接続する制御手段とを備えたことを特徴とする（請求項１）。

このように構成されたハイブリッド電気自動車の制御装置によれば、回転数検出手段によって検出された電動機の回転数に応じ電動機が発生可能なトルクとして設定した上限トルクが、車両の走行に必要なトルクとして設定した要求トルク以上であるときには、クラッチを切断して電動機が要求トルクを発生するように制御される一方、上限トルクが要求トルクより小さいときにはクラッチを接続してエンジンのトルクと電動機のトルクとの合計が要求トルクとなるようにエンジン及び電動機が制御される。そして、車両が走行中に回転数検出手段によって検出された電動機の回転数が所定回転数以上となったときには、上限トルクが要求トルク以上のときであってもクラッチが接続される。

具体的には、上記ハイブリッド電気自動車の制御装置において、上記上限トルクは、上記車両の運転者が減速操作を実行したときに、上記回転数検出手段によって検出された回転数において上記電動機が発生可能な上限減速トルクであり、上記要求トルクは、上記減速操作に基づいて定められる要求減速トルクであることを特徴とする（請求項２）。
このように構成されたハイブリッド電気自動車の制御装置によれば、車両の運転者が減速操作を実行したときに、電動機の回転数に応じて設定した上限減速トルクが、上記減速操作に基づいて定められる要求減速トルク以上であるときには、クラッチを切断して電動機が要求減速トルクを発生するように制御される一方、上限減速トルクが要求減速トルクより小さいときにはクラッチを接続してエンジンのトルクと電動機のトルクとの合計が要求減速トルクとなるようにエンジン及び電動機が制御される。そして、回転数検出手段によって検出された電動機の回転数が所定回転数以上となったときには、上限減速トルクが要求減速トルク以上のときであってもクラッチが接続される。

更に具体的には、上記ハイブリッド電気自動車の制御装置において、上記要求減速トルクは、上記回転数検出手段によって検出された回転数に応じ上記エンジン及び上記電動機の出力軸と上記駆動輪との間に介装された変速機の変速段毎に個別に設定され、上記要求減速トルクが設定されている上記電動機の回転数領域の少なくとも一部において、高速側変速段に対応する要求減速トルクであるほど大きい値を有していることを特徴とする（請求項３）。

このように構成されたハイブリッド電気自動車の制御装置によれば、車両の運転者が減速操作を実行したときに、電動機の回転数に応じて設定した上限減速トルクが、使用中の変速段に対応した要求減速トルク以上であるときには、クラッチを切断して電動機が要求減速トルクを発生するように制御される一方、上限減速トルクが上記要求減速トルクより小さいときにはクラッチを接続してエンジンのトルクと電動機のトルクとの合計が上記要求減速トルクとなるようにエンジン及び電動機が制御される。そして、回転数検出手段によって検出された電動機の回転数が所定回転数以上となったときには、上限減速トルクが上記要求減速トルク以上のときであってもクラッチが接続される。

また、上記要求減速トルクは、電動機の回転数領域の少なくとも一部において、高速側変速段に対応する要求減速トルクであるほど大きい値を有することにより、変速機から出力される変速段毎の減速トルク間の差が、要求減速トルクを各前進変速段で共通にした場合に比較して少なくなる。
また、上記上限トルクは、上記回転数検出手段によって検出された回転数において上記電動機が発生可能な上限駆動トルクであり、上記要求トルクは、上記車両の駆動に必要とされる要求駆動トルクであることを特徴とする（請求項４）。

このように構成されたハイブリッド電気自動車の制御装置によれば、車両の走行時において、電動機の回転数に応じて設定した上限駆動トルクが、車両の駆動に必要なトルクとして設定した要求駆動トルク以上であるときには、クラッチを切断して電動機が要求駆動トルクを発生するように制御される一方、上限駆動トルクが要求駆動トルクより小さいときにはクラッチを接続してエンジンのトルクと電動機のトルクとの合計が要求駆動トルクとなるようにエンジン及び電動機が制御される。そして、車両が走行中に回転数検出手段によって検出された電動機の回転数が所定回転数以上となったときには、上限駆動トルクが要求駆動トルク以上のときであってもクラッチが接続される。

本発明のハイブリッド電気自動車の制御装置によれば、車両が走行中に回転数検出手段によって検出された電動機の回転数が所定回転数以上となったときには、上限トルクが要求トルク以上のときであってもクラッチが接続されるようにしたので、電動機の回転数が大きく上昇する前にクラッチを接続して、クラッチ接続時のエンジン回転数の上昇による運転フィーリングの低下を防止することができる。

また、請求項２のハイブリッド電気自動車の制御装置によれば、車両の運転者が減速操作を実行したときに上記のような効果を得ることができる。
更に、請求項３のハイブリッド電気自動車の制御装置によれば、要求減速トルクが変速段毎に個別に設定されると共に、高速側の変速段に対応するものほど大きめに設定されるので、変速機から出力される変速段毎の減速トルク間の差が、要求減速トルクを各前進変速段で共通にした場合に比較して少なくなる。この結果、上記の効果に加え、各変速段で得られる減速度の差を少なくし、シフトダウンの際に生じる変速ショックを低減して運転フィーリングをより一層向上することができるという効果がある。

また、請求項４のハイブリッド電気自動車の制御装置によれば、クラッチを切断した状態で車両の駆動輪に駆動トルクを伝達して走行しているときに、電動機の回転数が大きく上昇する前にクラッチを接続して、クラッチ接続時のエンジン回転数の上昇による運転フィーリングの低下を防止することができる。

以下、図面に基づき本発明の実施形態について説明する。
図１は本発明の一実施形態であるハイブリッド電気自動車１の制御装置の要部構成図である。ディーゼルエンジン（以下エンジンという）２の出力軸にはクラッチ４の入力軸が連結されており、クラッチ４の出力軸は永久磁石式同期電動機（以下電動機という）６の回転軸を介して前進変速段（以下では単に変速段という）が５段の自動変速機（以下変速機という）８の入力軸が連結されている。また、変速機８の出力軸はプロペラシャフト１０、差動装置１２及び駆動軸１４を介して左右の駆動輪１６に接続されている。

従って、クラッチ４が接続されているときには、エンジン２の出力軸と電動機６の回転軸の両方が、変速機８を介して駆動輪１６と機械的に接続可能となり、クラッチ４が切断されているときには電動機６の回転軸のみが変速機８を介して駆動輪１６と機械的に接続可能となる。
電動機６は、バッテリ１８に蓄えられた直流電力がインバータ２０によって交流電力に変換されて供給されることによりモータとして作動し、その駆動トルクが変速機８によって適切な速度に変速された後に駆動輪１６に伝達されるようになっている。また、車両制動時には、電動機６が発電機として作動し、駆動輪１６の回転による運動エネルギが変速機８を介し電動機６に伝達されて交流電力に変換されることにより回生制動トルクを発生する。そして、この交流電力はインバータ２０によって直流電力に変換された後、バッテリ１８に充電され、駆動輪１６の回転による運動エネルギが電気エネルギとして回収される。

一方、エンジン２の駆動トルクは、クラッチ４が接続されているときに電動機６の回転軸を経由して変速機８に伝達され、適切な速度に変速された後に駆動輪１６に伝達されるようになっている。従って、エンジン２の駆動トルクが駆動輪１６に伝達されているときに電動機６がモータとして作動する場合には、エンジン２の駆動トルクと電動機６の駆動トルクとがそれぞれ変速機８を介して駆動輪１６に伝達されることになる。即ち、車両の駆動のために駆動輪１６に伝達されるべき駆動トルクの一部がエンジン２から供給されると共に、残部が電動機６から供給される。

また、バッテリ１８の充電率（以下ＳＯＣという）が低下してバッテリ１８を充電する必要があるときには、電動機６が発電機として作動すると共に、エンジン２の駆動力の一部を用いて電動機６を駆動することにより発電が行われ、発電された交流電力をインバータ２０によって直流電力に変換した後にバッテリ１８に充電するようにしている。
車両ＥＣＵ２２（制御手段）は、車両やエンジン２の運転状態、及びエンジンＥＣＵ２４、インバータＥＣＵ２６並びにバッテリＥＣＵ２８からの情報などに応じて、クラッチ４の接続・切断制御及び変速機８の変速段切換制御を行うと共に、これらの制御状態や車両の発進、加速、減速など様々な運転状態に合わせてエンジン２や電動機６を適切に運転するための統合制御を行う。

そして車両ＥＣＵ２２は、このような制御を行う際に、アクセルペダル３０の踏込量を検出するアクセル開度センサ３２や、車両の走行速度を検出する車速センサ３４及び電動機６の回転数を検出する回転数センサ（回転数検出手段）３６の検出結果に基づき、車両の走行に必要な総駆動トルク並びに車両の減速時に必要な総減速トルクを演算し、これら総駆動トルク及び総減速トルクから、エンジン２が発生するトルク及び電動機６が発生するトルクを設定している。

エンジンＥＣＵ２４は、エンジン２の始動・停止制御やアイドル制御、或いは排ガス浄化装置（図示せず）の再生制御など、エンジン２自体の運転に必要な各種制御を行うと共に、車両ＥＣＵ２２によって設定されたエンジン２に必要とされるトルクをエンジン２が発生するよう、エンジン２の燃料の噴射量や噴射時期などを制御する。
一方、インバータＥＣＵ２６は、車両ＥＣＵ２２によって設定された電動機６が発生すべきトルクに基づきインバータ２０を制御することにより、電動機６をモータ作動または発電機作動させて運転制御する。

また、バッテリＥＣＵ２８は、バッテリ１８の温度や、バッテリ１８の電圧、インバータ２０とバッテリ１８との間に流れる電流などを検出すると共に、これらの検出結果からバッテリ１８のＳＯＣを求め、求めたＳＯＣを検出結果と共に車両ＥＣＵ２２に送っている。
このように構成されたハイブリッド電気自動車１において、車両を走行させるために車両ＥＣＵ２２を中心として行われる制御の概要は以下の通りである。

まず、車両が停車状態にあってエンジン２が停止していて、チェンジレバー（図示せず）がニュートラル位置にあるときに運転者がスタータスイッチ（図示せず）によってエンジン２を始動する操作を行うと、車両ＥＣＵ２２は変速機８がニュートラル位置となって電動機６と駆動輪１６との機械的な接続が遮断されていると共にクラッチ４が接続されていることを確認した後、インバータＥＣＵ２６に対してエンジン２の始動に必要な電動機６の駆動トルクを指示すると共に、エンジンＥＣＵ２４にエンジン２を運転するよう指示する。

インバータＥＣＵ２６は車両ＥＣＵ２２からの指示に基づき、電動機６をモータ作動させて駆動トルクを発生させ、エンジン２をクランキングし、エンジンＥＣＵ２４がエンジン２に燃料の供給を開始することによりエンジン２が始動する。エンジン２の始動完了後は、車両ＥＣＵ２２がクラッチ４を切断し、エンジン２はアイドル運転を行う。
このようにしてエンジン２を始動した後、車両が停止状態にあるときには、クラッチ４が切断されており、エンジン２はアイドル運転状態にある。そして、運転者がアクセルペダル３０を踏み込むと、アクセル開度センサ３２によって検出されたアクセルペダル３０の踏込量に応じ、車両を発進させるために必要な電動機６の駆動トルクを車両ＥＣＵ２２が設定する。

インバータＥＣＵ２６は、車両ＥＣＵ２２が設定したトルクに応じてインバータ２０を制御し、バッテリ１８の直流電力がインバータ２０によって交流電力に変換されて電動機６に供給される。電動機６は交流電力が供給されることによってモータ作動して駆動力を発生し、電動機６の駆動力は変速機８を介して駆動輪１６に伝達され、車両が発進する。
車両が発進加速して電動機６の回転数がエンジン２のアイドル回転数の近傍まで上昇すると、クラッチ４を接続してエンジン２の駆動力を駆動輪に伝達することが可能となり、車両ＥＣＵ２２は更なる車両の加速及びその後の走行のために、変速機８に伝達すべき駆動トルクを車両の運転状態に応じてエンジン２側と電動機６側に適切に振り分け、エンジンＥＣＵ２４やインバータＥＣＵ２６に指示すると共に、必要に応じて変速機８の変速段切換制御及びそれに伴うクラッチ４の断接制御を行う。

即ち、車両ＥＣＵ２２は、図２に示すフローチャートに従い、所定の制御周期で駆動トルク制御を行う。
駆動トルク制御が開始されると、ステップＳ１０１でアクセル開度センサ３２によって検出されたアクセルペダル３０の踏込量を読み込み、次のステップＳ１０２では車速センサ３４によって検出された車両の走行速度を読み込む。更に、次のステップＳ１０３では回転数センサ３６によって検出された電動機６の回転数Ｎｍを読み込み、ステップＳ１０４に進む。

ステップＳ１０４では、ステップＳ１０１で読み込んだアクセルペダル３０の踏込量とステップＳ１０２で読み込んだ車両の走行速度とに基づき、車両の走行に必要な総駆動トルクを求め、この総駆動トルクと現在変速機８で使用中の変速段とに基づき変速機８に伝達すべき駆動トルクとして要求駆動トルクＴｄｒを設定する。

次のステップＳ１０５では、ステップＳ１０３で読み込んだ電動機６の回転数Ｎｍにおいて電動機６が発生可能な駆動トルクの上限値を上限駆動トルクＴｄｕとして設定する。この上限駆動トルクＴｄｕは電動機６の仕様により電動機６の回転数に応じて定まるものであり、電動機６の温度やバッテリ１８の温度、或いはＳＯＣにより変動するものの、概して次のような特性を有している。即ち、上限駆動トルクＴｄｕは図４に示すように低い回転数の領域では一定の値を有する一方で、高回転側では電動機６の回転数の増大と共に減少するような特性を有している。車両ＥＣＵ２２はこのような上限駆動トルクＴｄｕを予め記憶しており、ステップＳ１０３で読み込んだ電動機６の回転数Ｎｍに対応する上限駆動トルクＴｄｕを読み出して設定している。

ステップＳ１０６に進むと、ステップＳ１０３で読み込んだ電動機６の回転数Ｎｍが所定の回転数Ｎｄ以上であるか否かを判定する。この所定回転数Ｎｄは例えば２０００ｒｐｍであって、図４に示すように上限駆動トルクが電動機６の回転数の上昇に応じて減少するような領域（出力一定領域）に設定されている。電動機６の回転数Ｎｍがこの所定回転数Ｎｄより低い場合にはステップＳ１０７に進んで、ステップＳ１０５で設定された上限駆動トルクＴｄｕがステップＳ１０４で設定された要求駆動トルクＴｄｒ以上であるか否かを判定する。

そして、上限駆動トルクＴｄｕが要求駆動トルクＴｄｒ以上であると判定した場合には電動機６のみで要求駆動トルクＴｄｒを発生可能であることから、ステップＳ１０９に進んで電動機６から要求駆動トルクＴｄｒに等しい駆動トルクを発生させるようインバータＥＣＵ２６に指示し、今回の制御周期を終了する。インバータＥＣＵ２６はこれを受け、電動機６をモータ作動させると共にインバータ２０を介してバッテリ１８から電動機６に供給される電力を調整し、電動機６が要求駆動トルクＴｄｒに等しい駆動トルクを発生するように制御を行う。

次の制御周期では、上述のようにして再びステップＳ１０１乃至Ｓ１０３でアクセルペダル３０の踏込量、車両の走行速度、及び電動機６の回転数Ｎｍを読み込み、ステップＳ１０４及びＳ１０５で要求駆動トルクＴｄｒ及び上限駆動トルクＴｄｕを設定する。
そしてステップＳ１０６で電動機６の回転数Ｎｍが依然として所定回転数Ｎｄより低いと判定した場合には、ステップＳ１０７に進んで上限駆動トルクＴｄｕが要求駆動トルクＴｄｒ以上であるか否かを判定する。

従って、電動機６の回転数Ｎｍが所定回転数Ｎｄに達していない状態で、上限駆動トルクＴｄｕが要求駆動トルクＴｄｒ以上である限りは、クラッチ４が切断状態に維持されると共に、電動機６が要求駆動トルクに等しい駆動トルクを発生するように制御され、電動機６の駆動トルクのみにより車両の駆動が行われる。
一方、ステップＳ１０５で設定された上限駆動トルクＴｄｕが、ステップＳ１０４で設定された要求駆動トルクＴｄｒより小さい場合には、電動機６のみでは要求駆動トルクＴｄｒに等しい駆動トルクを発生することができないため、ステップＳ１０７からステップＳ１１０に進んでクラッチ４を接続した後、ステップＳ１１１に進む。

ステップＳ１１１において車両ＥＣＵ２２は、エンジン２の駆動トルクと電動機６の駆動トルクとを合わせて要求駆動トルクＴｄｒが得られるように、エンジン２が発生すべき駆動トルクをエンジンＥＣＵ２４に指示し、また電動機６が発生すべき駆動トルクをインバータＥＣＵ２６に指示してその制御周期を終了する。エンジンＥＣＵ２４及びインバータＥＣＵ２６は車両ＥＣＵ２２が設定した駆動トルクを受けて、エンジン２及び電動機６をそれぞれ制御し、エンジン２及び電動機６の両方によって車両の駆動が行われる。

次の制御周期でも、上述のようにしてアクセルペダル３０の踏込量と車両の走行速度とに基づく要求駆動トルクＴｄｒの設定、及び電動機６の回転数Ｎｍに基づく上限駆動トルクＴｄｕの設定を行い、ステップＳ１０６で電動機６の回転数Ｎｍが依然として所定回転数Ｎｄより低いと判定した場合には、ステップＳ１０７に進んで上限駆動トルクＴｄｕが要求駆動トルクＴｄｒ以上であるか否かを判定する。

そして、上限駆動トルクＴｄｕが依然として要求駆動トルクＴｄｒより小さければ、上述のようにしてクラッチ４の接続状態が維持されると共に、エンジン２及び電動機６の駆動トルクの合計が要求駆動トルクに等しくなるように制御が行われ、エンジン２及び電動機６の両方によって車両の駆動が行われる。
また、上限駆動トルクＴｄｕが要求駆動トルクＴｄｒ以上となった場合には、前述のようにステップＳ１０８に進んでクラッチ４が切断され、電動機６のみにより車両の駆動が行われる。

このように、電動機６の回転数Ｎｍが所定回転数Ｎｄに達していない状況では、上限駆動トルクＴｄｕが要求駆動トルクＴｄｒ以上であるか否かによりクラッチ４の断接状態が制御されてエンジン２及び電動機６による駆動状態と電動機６のみによる駆動状態との切り換えが行われる。
一方、ステップＳ１０３で読み込んだ電動機６の回転数Ｎｍが所定回転数Ｎｄ以上となった場合には、ステップＳ１０７には進まずに、ステップＳ１０６からステップＳ１１０に進んでクラッチ４を接続すると共に、ステップＳ１１１でエンジン２及び電動機６の駆動トルクの合計が要求駆動トルクに等しくなるように制御が行われる。そして次の制御周期以降でも、電動機６の回転数Ｎｍが所定回転数Ｎｄ以上である限りは、ステップＳ１０６からステップＳ１１０に進んでクラッチ４の接続が維持されると共に、ステップＳ１１１でエンジン２及び電動機６の駆動トルクの合計が要求駆動トルクに等しくなるように制御が行われる。

このように、電動機６の回転数Ｎｍが所定回転数Ｎｄ以上である場合には、上限駆動トルクＴｄｕが要求駆動トルクＴｄｒに満たない場合に限らず、上限駆動トルクＴｄｕが要求駆動トルクＴｄｒ以上の場合であっても、クラッチ４が接続されてエンジン２が電動機６と同じ回転数で回転することになる。
従って、例えば車両が降坂路を走行しているときのように要求駆動トルクＴｄｒが比較的小さい状態を維持したまま走行速度が上昇して電動機６の回転数が上昇した場合、たとえ上限駆動トルクＴｄｕが要求駆動トルクＴｄｒ以上であっても、電動機６の回転数Ｎｍが所定回転数Ｎｄ以上となれば、クラッチ４が接続状態とされる。このため、電動機６の回転数が高くなりすぎる前にクラッチ４が接続されるので、電動機６の回転数が高い状態で要求駆動トルクＴｄｒが上限駆動トルクＴｄｕより大きくなることによってクラッチ４が接続され、エンジン２の回転数が突然急増するといったことがなくなり、運転フィーリングを向上させることができる。

なお、上記駆動トルク制御とは別に、車両ＥＣＵ２２は必要に応じて変速機８の変速段を切り換える制御を行い、このときに必要に応じてクラッチ４の断接制御を行うが、変速段の切り換えに伴って行われるクラッチ４の断接制御は上記駆動トルク制御とは独立して行われる。
次に、アクセルペダル３０の踏み込みが解除されて車両を減速走行させる場合について以下に説明する。

車両ＥＣＵ２２は、アクセルペダル３０の踏み込みが解除されたことを受け、上述した駆動トルク制御を中止すると共に、図３のフローチャートに従い、所定の制御周期で減速トルク制御を行うと共に、必要に応じて変速機８の変速段切換制御及びそれに伴うクラッチ４の断接制御を行う。
減速トルク制御が開始されると、まずステップＳ２０１で回転数センサ３６によって検出された電動機６の回転数Ｎｍを読み込み、次のステップＳ２０２に進む。

ステップＳ２０２では、ステップＳ２０１で読み込んだ電動機６の回転数Ｎｍと現在変速機８で使用中の変速段とに基づき、車両に適度の減速度を得るために変速機８に伝達すべき減速トルクを要求減速トルクＴｂｒとして設定する。
この要求減速トルクＴｂｒは、図５に実線で示すように電動機６の回転数に応じ変速機８の変速段毎に個別に設定されている。なお、要求減速トルクは駆動トルクを正の値とした場合に負の値で表されるものであるが、以下の説明では特に断りがない限りその絶対値について述べるものとし、図５に示される要求減速トルクもその絶対値で表されているものとする。

また、図５に示すように、高速側の変速段であるほど大きい要求減速トルクＴｂｒが設定されるようになっている。
このように、高速側の変速段であるほど大きめの要求減速トルクが設定されることにより、変速機８を介して駆動輪に伝達される減速トルクの変速段毎の差を減らして、各変速段で減速時に得られる減速度の差を減らすと共に、シフトダウンの際の変速ショックを低減することができる。

車両ＥＣＵ２２はこのような要求減速トルクＴｂｒを予め記憶しており、ステップＳ２０１で読み込んだ電動機６の回転数Ｎｍと現在使用中の変速段とに対応する要求減速トルクＴｂｒを読み出して設定している。
次のステップＳ２０３では、ステップＳ２０１で読み込んだ電動機６の回転数Ｎｍにおいて電動機６が発生可能な回生制動トルクの上限値を上限減速トルクＴｂｕとして設定する。この上限減速トルクＴｂｕは、電動機６の仕様により電動機６の回転数に応じて定まるものであり、電動機６の温度やバッテリ１８の温度、或いはＳＯＣにより変動するものの、概して次のような特性を有している。即ち、上限減速トルクＴｂｕは図５中に一点鎖線で示すように低い回転数の領域では一定の値を有する一方で、高回転側では電動機６の回転数の増大と共に減少するような特性を有している。

なお、上限減速トルクＴｂｕも要求減速トルクＴｂｒと同様に負の値で表されるものであるが、以下の説明では特に断りがない限りその絶対値について述べるものとし、図５に示される上限減速トルクＴｂｕもその絶対値で表されている。
図５に示されるように、１速の変速段に対応する要求減速トルクＴｂｒは、電動機６の回転数がＮ１以下のときに上限減速トルクＴｂｕ以下となり、電動機６の回転数がＮ１より高いときに上限減速トルクＴｂｕより大となっている。２速乃至５速の各変速段に対応する要求減速トルクＴｂｒについてもこれと同様に、電動機６の回転数がそれぞれＮ２、Ｎ３、Ｎ４、Ｎ５のときに上限減速トルクＴｂｕとの大小関係が逆転するようになっている。

車両ＥＣＵ２２はこのような上限減速トルクＴｂｕを予め記憶しており、ステップＳ２０１で読み込んだ電動機６の回転数Ｎｍに対応する上限減速トルクＴｂｕを読み出して設定している。
次にステップＳ２０４に進むと、ステップＳ２０１で読み込んだ電動機６の回転数Ｎｍが所定の回転数Ｎｂ以上であるか否かを判定する。この所定回転数Ｎｂは前述の駆動トルク制御における所定回転数Ｎｄと同様に例えば２０００ｒｐｍであって、本実施形態では２速に対応した要求減速トルクＴｂｒが上限減速トルクＴｂｕと等しくなる電動機６の回転数Ｎ２より低く、且つ３速に対応した要求減速トルクＴｂｒが上限減速トルクＴｂｕと等しくなる電動機６の回転数Ｎ３より高い回転数となっている。

電動機６の回転数ＮｍがこのＮｂより低い場合にはステップＳ２０５に進んで、ステップＳ２０３で設定した上限減速トルクＴｂｕが、ステップＳ２０２で設定した要求減速トルクＴｂｒ以上であるか否かを判定する。
そして、上限減速トルクＴｂｕが要求減速トルクＴｂｒ以上であると判定した場合には電動機６のみで要求減速トルクＴｂｒを発生可能であることから、ステップＳ２０６に進んでクラッチ４を切断すると共に、ステップＳ２０７で電動機６から要求減速トルクＴｂｒに等しい回生制動トルクを発生させるようインバータＥＣＵ２６に指示し、今回の制御周期を終了する。インバータＥＣＵ２６はこれを受け、電動機６を発電機作動させると共にインバータ２０を介して電動機６からバッテリ１８に供給される電力を調整し、電動機６が要求減速トルクＴｂｒに等しい回生制動トルクを発生するように制御を行う。

次の制御周期では、上述のようにして再びステップＳ２０１で電動機６の回転数Ｎｍを読み込み、ステップＳ２０２及びＳ２０３で要求減速トルクＴｂｒ及び上限減速トルクＴｂｕを設定する。
そしてステップＳ２０４で電動機６の回転数Ｎｍが依然として所定回転数Ｎｂより低いと判定した場合には、ステップＳ２０５に進んで上限減速トルクＴｂｕが要求減速トルクＴｂｒ以上であるか否かを判定する。

従って、電動機６の回転数Ｎｍが所定回転数Ｎｂに達していない状態で、上限減速トルクＴｂｕが要求減速トルクＴｂｒ以上である限りは、クラッチ４が切断状態に維持されると共に、電動機６が要求減速トルクＴｂｒに等しい回生制動トルクを発生するように制御され、車両の減速が行われる。
一方、ステップＳ２０３で設定された上限減速トルクＴｂｕが、ステップＳ２０２で設定された要求減速トルクＴｂｒより小さい場合には、電動機６のみでは要求減速トルクＴｂｒに等しい回生制動トルクを発生することができないため、ステップＳ２０５からステップＳ２０８に進んでクラッチ４を接続した後、ステップＳ２０９に進む。

ステップＳ２０９では、車両ＥＣＵ２２がエンジン２への燃料供給を停止するようエンジンＥＣＵ２４に指示し、エンジンＥＣＵ２４はこれに従ってエンジン２への燃料供給を停止する。
次のステップＳ２１０では、ステップＳ２０２で設定した要求減速トルクＴｂｒから、ステップＳ２０９における燃料供給停止によってエンジン２が発生する減速トルクを減じることにより、電動機６が発生すべき回生制動トルクＴｂｍを設定し、次のステップＳ２１１に進む。

ステップＳ２１１では、ステップＳ２１０において上述のようにして設定された回生制動トルクＴｂｍを電動機６が発生するよう、車両ＥＣＵ２２からインバータＥＣＵ２６に対して指示が出され、インバータＥＣＵ２６はこれに従って電動機６を制御し、その制御周期を終了する。
この結果、燃料供給が停止されたエンジン２による減速トルクと、発電機作動する電動機６の回生制動トルクＴｂｍとが変速機８に伝達され、変速機８で変速された後に駆動輪１６に伝達されて車両が減速する。このとき、エンジン２の減速トルクと電動機６の回生制動トルクＴｂｍとの和は要求減速トルクＴｂｒに等しいため、車両は適度の減速度で減速する。

次の制御周期でも、上述のようにして要求減速トルクＴｂｒ及び上限減速トルクＴｂｕの設定を行い、ステップＳ２０４で電動機６の回転数Ｎｍが依然として所定回転数Ｎｂより低いと判定した場合には、ステップＳ２０５に進んで上限減速トルクＴｂｕが要求減速トルクＴｂｒ以上であるか否かを判定する。
そして、上限減速トルクＴｂｕが依然として要求減速トルクＴｂｒより小さければ、上述のようにしてクラッチ４の接続状態が維持されると共に、エンジン２の減速トルク及び電動機６の回生制動トルクの合計が要求減速トルクＴｂｒに等しくなるように制御が行われ、エンジン２及び電動機６の両方によって車両の減速が行われる。

また、上限減速トルクＴｂｕが要求減速トルクＴｂｒ以上となった場合には、前述のようにステップＳ２０６に進んでクラッチ４が切断され、電動機６の回生制動力のみが変速機８に伝達されて車両の減速が行われる。
このように、電動機６の回転数Ｎｍが所定回転数Ｎｂに達していない状況では、上限減速トルクＴｂｕが要求減速トルクＴｂｒ以上であるか否かによりクラッチ４の断接状態が制御されてエンジン２及び電動機６による減速状態と電動機６のみによる減速状態との切り換えが行われる。

一方、ステップＳ２０１で読み込んだ電動機６の回転数Ｎｍが所定回転数Ｎｂ以上となった場合には、ステップＳ２０５には進まずに、ステップＳ２０４からステップＳ２０８に進んでクラッチ４を接続すると共にステップＳ２０９でエンジン２への燃料供給を停止し、上述したようにしてステップＳ２１０及びＳ２１１でエンジン２の減速トルク及び電動機６の回生制動トルクの合計が要求減速トルクＴｂｒに等しくなるように制御が行われる。そして次の制御周期以降でも、電動機６の回転数Ｎｍが所定回転数Ｎｂ以上である限りは、ステップＳ２０４からステップＳ２０８に進んでクラッチ４の接続が維持されると共にステップＳ２０９でエンジン２への燃料供給を停止し、ステップＳ２１０及びＳ２１１でエンジン２の減速トルク及び電動機６の回生制動トルクの合計が要求減速トルクＴｂｒに等しくなるように制御が行われる。

このように、電動機６の回転数Ｎｍが所定回転数Ｎｂ以上である場合には、上限減速トルクＴｂｕが要求減速トルクＴｂｒに満たない場合に限らず、上限減速トルクＴｂｕが要求減速トルクＴｂｒ以上の場合であっても、クラッチ４が接続されてエンジン２が電動機６と同じ回転数で回転することになる。
従って、例えば車両が２速の変速段で降坂路を走行中に減速走行に移行した場合で、はじめは上限減速トルクＴｂｕが２速に対応した要求減速トルクＴｂｒ以上であってクラッチ４が切断された状態にあるとすると、走行速度の上昇と共に電動機６の回転数が上昇して所定回転数Ｎｂ以上となった時点、即ち上限減速トルクＴｂｕが２速に対応した要求減速トルクＴｂｒと等しくなる回転数Ｎ２まで上昇する前にクラッチ４が接続されることになる。

このように、電動機６の回転数が高くなりすぎる前にクラッチ４が接続されるので、電動機６の回転数が高い状態で要求減速トルクＴｂｒが上限減速トルクＴｂｕより大きくなることによってクラッチ４が接続され、エンジン２の回転数が突然急増するといったことがなくなり、減速走行時においても運転フィーリングを向上させることができる。
このような効果は、図５に示すように電動機６の回転数がＮ１より高くなったときに上限減速トルクＴｂｕが要求減速トルクＴｂｒより小さくなる１速の変速段を使用している場合にも同様に得ることができる。

また、３速乃至５速の変速段を使用している場合には、電動機６の回転数が所定回転数Ｎｂに達するよりも前に上限減速トルクＴｂｕが要求減速トルクＴｂｒを下回ってクラッチ４が接続されるので、クラッチ４の接続時にエンジン２の回転数が大きく上昇するようなことはない。
なお、車両減速時においても、上記減速トルク制御とは別に、車両ＥＣＵ２２は必要に応じて変速機８の変速段を切り換える制御を行い、このときに必要に応じてクラッチ４の断接制御を行うが、変速段の切り換えに伴って行われるクラッチ４の断接制御は上記減速トルク制御とは独立して行われる。

以上で本発明の一実施形態に係るハイブリッド電気自動車の制御装置についての説明を終えるが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。
例えば、上記実施形態では、駆動輪１６に駆動トルクを伝達する場合の駆動トルク制御と減速トルクを伝達する場合の減速トルク制御の両方で、電動機６の回転数Ｎｍが所定回転数ＮｄもしくはＮｂ以上となったときにクラッチ４を接続するようにしたが、いずれか一方のみを行うようにするものであっても良い。

即ち、例えば駆動トルクについては上限駆動トルクと要求駆動トルクとの大小関係を判定せず、エンジン２による駆動が可能となった時点でクラッチ２を接続するようにしたような場合には、上記減速トルク制御のみを行うようにしても良い。また、減速時の減速トルクの制御を上記実施形態とは別の形態で行うようにする場合には、上記駆動トルク制御のみを行うようにしても良い。

また、上記実施形態では、駆動トルク制御でクラッチ４を接続させる所定回転数Ｎｄ及び減速トルク制御でクラッチ４を接続させる所定回転数Ｎｂのいずれも２０００ｒｐｍとしたが、所定回転数Ｎｄ及び所定回転数Ｎｂはこれに限られるものではなく適宜変更可能なものであって、両者が相違した回転数であっても良い。
特に減速トルクの場合には、上記実施形態において変速段が１速または２速である場合に、上限減速トルクが要求減速トルクより小さくなる前にクラッチ４の接続を行うようにしたが、所定回転数Ｎｂを調整することにより、変速段がより高速段でも上限減速トルクが要求減速トルクより小さくなる前にクラッチ４が接続されるようにしたり、変速段が１速の場合だけ上限減速トルクが要求減速トルクより小さくなる前にクラッチ４の接続を行うようにしても良い。

更に、上記実施形態では、エンジン２の減速トルクを併用する際にエンジン２への燃料供給を停止するようにしたが、これに加えてエンジン２の排気通路に排気ブレーキ装置を設け、この排気ブレーキ装置を作動させことによって、より大きな減速トルクが得られるようにしても良い。
また、上記実施形態では回転数センサ３６で検出された電動機６の回転数に応じて上限駆動トルクＴｄｕや要求駆動トルクＴｄｒ、或いは上限減速トルクＴｂｕや要求減速トルクＴｂｒを設定するようにしたが、電動機６の回転数に代えて電動機６の回転数の変化に応じて変化する回転数、例えば変速機８の出力回転数などを検出し、これを電動機６の回転数に変換して用いるようにしても良い。

なお、上記実施形態ではエンジン２をディーゼルエンジンとしたが、エンジン形式はこれに限られるものではなく、ガソリンエンジンなどでも良い。
また、上記実施形態において、電動機６を永久磁石式同期電動機としたが電動機の形式もこれに限られるものではなく、モータ作動及び発電機作動が可能なものであればよい。
更に、上記実施形態では変速機８を５段の前進変速段を有する自動変速機としたが、前進変速段の数や変速機の形式はこれに限られるものではなく、無段変速機や手動式の変速機などであっても良い。

本発明の一実施形態に係るハイブリッド電気自動車の制御装置の全体構成図である。図１の制御装置における駆動トルク制御の内容を示すフローチャートである。図１の制御装置における減速トルク制御の内容を示すフローチャートである。図２の駆動トルク制御で用いられる上限駆動トルクと電動機の回転数との関係を示す図である。図３の減速トルク制御で用いられる上限減速トルクと電動機の回転数との関係を示す図である。

符号の説明

１ハイブリッド電気自動車
２エンジン
４クラッチ
６電動機
８変速機
１６駆動輪
２２車両ＥＣＵ（制御手段）
３６回転数センサ（回転数検出手段）

Claims

エンジンの駆動力と電動機の駆動力とが車両の駆動輪に伝達可能であると共に、上記エンジンと上記駆動輪との機械的な接続がクラッチによって切断可能なハイブリッド電気自動車の制御装置において、
上記電動機の回転数を検出する回転数検出手段と、
上記回転数検出手段によって検出された回転数に応じ上記電動機が発生可能なトルクとして上限トルクを設定すると共に、上記車両の走行に必要なトルクとして上記エンジン及び上記電動機の少なくとも一方から出力すべき要求トルクを設定し、上記上限トルクが上記要求トルク以上であるときには上記クラッチを切断して上記要求トルクを発生するように上記電動機を制御する一方、上記上限トルクが上記要求トルクより小さいときには上記クラッチを接続して上記エンジンのトルクと上記電動機のトルクとの合計が上記要求トルクとなるように上記エンジン及び上記電動機を制御し、上記車両が走行中に上記回転数検出手段によって検出された回転数が所定回転数以上となったときには上記上限トルクが上記要求トルク以上のときであっても上記クラッチを接続する制御手段と
を備えたことを特徴とするハイブリッド電気自動車の制御装置。
上記上限トルクは、上記車両の運転者が減速操作を実行したときに、上記回転数検出手段によって検出された回転数において上記電動機が発生可能な上限減速トルクであり、上記要求トルクは、上記減速操作に基づいて定められる要求減速トルクであることを特徴とする請求項１に記載のハイブリッド電気自動車の制御装置。
上記要求減速トルクは、上記回転数検出手段によって検出された回転数に応じ上記エンジン及び上記電動機の出力軸と上記駆動輪との間に介装された変速機の変速段毎に個別に設定され、上記要求減速トルクが設定されている上記電動機の回転数領域の少なくとも一部において、高速側変速段に対応する要求減速トルクであるほど大きい値を有していることを特徴とする請求項２に記載のハイブリッド電気自動車の制御装置。
上記上限トルクは、上記回転数検出手段によって検出された回転数において上記電動機が発生可能な上限駆動トルクであり、上記要求トルクは、上記車両の駆動に必要とされる要求駆動トルクであることを特徴とする請求項１に記載のハイブリッド電気自動車の制御装置。
上記所定回転数は、上記上限トルクが上記電動機の回転数の上昇に応じて減少する回転数領域に設定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電気自動車の制御装置。