JP4743218B2 - ハイブリッド車両のクラッチ制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、ハイブリッド車両のクラッチ制御装置に関する。

従来、エンジンと、駆動・始動・発電に用いるモータジェネレータ（ＭＧ）との間にクラッチを配置し、モータジェネレータを含む駆動伝達部からエンジン自体を切り離すことで、モータジェネレータによる回生減速中、エンジンフリクションによる電気エネルギー回生のロスを無くし、最大限に効率良く回生量を確保するハイブリッド車両の制御技法がある。このような「エンジン−クラッチ−ＭＧ……駆動伝達輪」という構成のハイブリッド自動車で、長い下り坂を走行すると、ＭＧをジェネレータとして使用し、回生で電気を回収する頻度が多くなる。このような場合には、回生した電気を蓄積するバッテリが満充電となるシーンが多く発生する（即ち、ＳＯＣ（充電状態）が規定値を超え、回生不可となる）ことが想定される。よって、ＳＯＣが規定値を超えた場合には、過充電を防止するために、ＭＧによる回生制動が抑制されることとなる。このように回生制動が抑制されるシーンでは、エンジンとモータとの間にあるクラッチ（以降、クラッチＣＬ１と呼ぶことがある）を締結して、エンジンフリクションによって減速度を出す従来技術（特許文献１、２を参照されたい。）がある。また、このような２つのクラッチを持つハイブリッド自動車において、有段変速機を具えた構成も開示されている（特許文献３を参照されたい）。
特開２００４−１６２５３４号公報 特開２００６−３０６３２８号公報 特開２００５−２２１０７３号公報

しかしながら、上述した従来技術によって、高ＳＯＣ時にクラッチＣＬ１を締結してエンジンを連れ回しながらコースト走行する場合、低車速という状況では目標減速度以上の減速度が発生することも有り得る。特に、有段変速機を具えた車両の通常の自動変速機制御では、速度低下に応じてギヤ比の高いシフトギヤにシフトダウンしていく。この様な場合には、ドライバが所望する以上の減速度が次第に発生するシーンが起こり得る。このように、低車速時における目標減速度以上の減速度が発生するという状況に対応するために、例えば、目標減速度以上になる前に当該クラッチを開放するという手法が考えられる。このようなクラッチを開放する手法は、自動変速機のギア比によって減速度が著しく減少することがあり、ドライバを含む搭乗者のフィーリングや乗車快適性を満足するのが難しいという問題が生ずる。

そこで、本発明は、上述したエンジンと、モータジェネレータ（ＭＧ）との間にクラッチを配置したハイブリッド車両において、エンジンを連れ回しながらコースト走行している場合に、当該クラッチを開放してエネルギー消費を低減し、さらに、増え過ぎた減速度を低減し、クラッチ開放による車両挙動への影響を低減させたハイブリッド車両のクラッチ制御装置を提供することを目的とする。

上述した諸課題を解決すべく、本発明によるハイブリッド車両のクラッチ制御装置は、エンジンと、モータ／ジェネレータと、これらエンジンとモータ／ジェネレータとの間で締結及び解放によりトルクを伝達及び遮断する第１クラッチと、前記モータ／ジェネレータと駆動輪との間に配した有段の変速機と、を具えたハイブリッド車両の駆動制御装置であって、
前記モータ／ジェネレータに電力を供給し、かつ、該モータ／ジェネレータで発電された電力を蓄電するバッテリのＳＯＣ増加により該バッテリへの蓄電を制限している状態におけるコースト減速時には、燃料カットしたエンジンを連れ回してコースト走行するように、前記第１クラッチを締結するクラッチ制御部と、
車速に応じて前記変速機をシフトダウンする有段変速機制御部とを具え、
前記クラッチ制御部が、
前記第１クラッチを締結した前記エンジン連れ回しでのコースト走行時に、車速の低下に応じて前記有段変速機制御部により前記有段変速機がシフトダウンする場合に、該シフトダウンと同期をとりながら前記第１クラッチを開放し、開放した後は、前記シフトダウン中及びシフトダウン終了以降に前記第１クラッチの開放状態を維持し、前記エンジンと前記モータ／ジェネレータとの間のトルクの伝達が遮断された走行状態に遷移する、
ことを特徴とする。

本発明によれば、第１クラッチを開放してエネルギー消費を低減し、クラッチ開放による車両挙動への影響を低減させることが可能となる。また、増え過ぎた減速度を低減することも可能である。さらに、シフトダウン変速中に第１クラッチを開放することで、エンジンによる不確定なフリクションが開放された場合のプロペラシャフト軸の急激な出力トルク変動を変速中のトルク制御により抑制し、車両挙動を安定化することが可能である。また、シフトダウン中は、ある程度の車両挙動の変化があるため、クラッチ開放による挙動変化による影響がマスクされるという効果もある。

本発明の第１の実施態様では、
前記クラッチ制御部が、
前記第１クラッチを締結した前記エンジン連れ回しでのコースト走行時に、車速の低下に応じて前記有段変速機制御部により前記有段変速機がシフトダウンする場合に、該シフトダウンと同期をとりながら前記第１クラッチを開放し、開放した後は、前記シフトダウン中及びシフトダウン終了以降に前記第１クラッチの開放状態を維持し、前記エンジンと前記モータ／ジェネレータとの間のトルクの伝達が遮断された走行状態に遷移する、
ことを特徴とする。

変速比の最も大きい段は、最も減速度が大きいため、減速度が非常に大きい。従って、第１クラッチを締結したままでは、速度が低下し過ぎてしまう。また、このようなシフトダウン自体のショックもある程度あるため、このタイミングで第１クラッチＣＬ１を開放しても、クラッチ開放のショックがマスクされてしまうという利点もある。また、このようなシフトギヤ（１速）から再加速するときには、エンジンを連れ回す場合には、エンジンを連れ回す負荷が大き過ぎて、燃費が悪くなってしまう。また、再加速のタイミングで第１クラッチＣＬを開放する場合には、開放のショックの影響が大きいという問題がある。本実施態様によれば、このような諸問題を全て解消したスムーズなＥＶ走行による再加速を提供することが可能となる。

以降、諸図面を参照しながら、本発明の実施態様を詳細に説明する。図１は、本発明の一実施態様によるクラッチ制御装置を搭載したハイブリッド車両の概略構成図である。図に示すように、本ハイブリッド車両は、エンジン１、モータジェネレータ２、トランスミッション３を組み合わせて構成されている。エンジン１とモータジェネレータ２の間に第１クラッチＣＬ１が配置され、エンジン１からの駆動力、及びフリクションを断続させる事が可能である。モータジェネレータ２は、インバータ（ＩＮＶ）１２を介してバッテリ１０から電力供給を受けると電動機として使用することが可能であり、第２クラッチＣＬ２を締結して、トランスミッション３、プロペラシャフト４、デファレンシャルギア５、を介して駆動輪６を駆動する機能を有している。なお、第２クラッチＣＬ２は、トランスミッション３内に設けられた変速用の摩擦締結要素を流用して、モータジェネレータ２と駆動輪６との間の駆動力の伝達を制御するクラッチである。

また、駆動輪６からデファレンシャルギア５、プロペラシャフト４、トランスミッション３を介して連れ回されると、モータジェネレータ２は発電機として使用する事も可能であり、発電した電力をインバータ１２を介してバッテリ１０に充電する。即ち、モータジェネレータ２は、電動機兼発電機として機能している。第１クラッチＣＬ１、第２クラッチＣＬ２、およびモータジェネレータ２は、コントローラ９で制御される。コントローラ９の入力側には、アクセル開度（ＡＰＯ）を検出するアクセルポジションセンサ７、車両の走行速度を検出する車速センサ８などの各種センサが接続されている。また、バッテリセンサ１１が、バッテリ１０に装着されており、バッテリ１０のＳＯＣ（充電量、充電状態など）を測定し、測定したＳＯＣをコントローラ９に供給している。これらの各種センサ、入力信号を元にコントローラ９は、エンジン１、第１クラッチＣＬ１、モータジェネレータ２、第２クラッチＣＬ２を制御している。

上述したような構成において、クラッチＣＬ１開放時の望ましくない車両挙動を避けるため、例えば、クラッチＣＬ１を開放しないで締結状態を維持したままで、再加速時やクリープ走行時にＭＧのアシストトルクを用いて、エンジン連れ回しＥＶ走行する手法も考えられる。しかしながら、エンジンブレーキを打ち消すエネルギを無駄に消費するため、燃費を悪化させる要因になり得る。また、クラッチＣＬ１を締結したエンジン連れ回す状態では、再加速した場合に、エンジン連れ回しの分だけ余計にエネルギーを消費し（即ち、電力消費が増大し）、燃費悪化を招く恐れがある。

他方、ドライバは、道路状況による車速の低下（例えば、道路勾配の減少、下り坂から平地や上り坂への変化など）、周囲の交通の流れなどに応じて、アクセルを踏み込んで加速要求を行ったり、加速要求を解除したりする場合が多い。即ち、ドライバはコースト走行時においても、微妙なアクセル操作を実行することによって、周囲の状況に対応する車速を維持している。このような場合に、例えば、クラッチの締結を開放すると、開放のショックなどにより車両挙動が変化して、搭乗者の快適性が非常に損なわれることになる。上述したように、再加速時に、クラッチＣＬ１を締結してエンジン連れ回す状態では、エンジン連れ回しの分だけ余計にエネルギーを消費してしまう。

また、低車速でのクラッチＣＬ１を締結したエンジン連れ回しコースト減速は、バラツキのあるエンブレ量とＭＧアシスト量で目標減速度を発生しているという構成になっているため、当該減速からの再加速やクリープ走行でクラッチＣＬ１を開放しようとすると、クラッチＣＬ１開放に合わせてエンブレ量が減少するためＭＧアシスト量を減少させなければならない。しかし、このような制御では、システムの応答遅れや推定エンブレ量と実エンブレ量のズレから、加速感やＧ抜けによる不都合な車両挙動が発生するという問題が発生する。そこで、本発明の実施態様では、以下の手法で上述した諸問題を解決する。

コントローラ９は、クラッチ制御部９ａ、ＭＧ制御部９ｂ、バッテリ制御部９ｃ、エンジン制御部９ｄ、および変速機制御部９ｅを具える。変速機制御部９ｅは、変速比の最も大きな１段、２番目に大きな２段、３段、…ｎ段からなるｎ個のシフトギヤを搭載したトランスミッション３を制御する。変速機制御部９ｅは、アクセルポジションセンサ７、車速センサ８などからの入力（即ち車速）に基づき、シフトギヤをシフトアップ、シフトダウンするようにトランスミッション３を制御する。

ＭＧ制御部９ｂは、駆動要求力などに応じてＭＧを力行運転したり回生運転したりする。クラッチ制御部９ａは、第１クラッチＣＬ１および第２クラッチＣＬ２の締結／開放を制御する。バッテリ制御部９ｃは、バッテリセンサ１１により測定されたバッテリ（ＢＡＴ）１０のＳＯＣ（充電量）を取得し、規定値を超える回生を禁止すべきＳＯＣ値の場合は、コースト走行における回生（充電）を抑制し、第１クラッチＣＬ１を締結して（エンジンとモータジェネレータとを結合して）、燃料供給を停止した状態でエンジンを連れ回しながらコーストで（即ち、エンジンブレーキをかけて）走行する「クラッチＣＬ１締結エンジン連れ回り走行」を行う。

車速センサ８により測定される車速が低下すると、変速機制御部９ｅは、トランスシフトミッション３のシフトギヤを、より変速比の高いギヤ段にシフトダウンさせる。第１クラッチＣＬ１を締結して、エンジン連れ回りでコースト走行している間に、車速は次第に低下していくため、車速の低下に応じて、変速機制御部９ｅは、より高い変速比のギヤ段にシフトダウンする。本実施態様では、エンジン連れ回りでコースト走行しているときに、このシフトダウンと同期を取りながら第１クラッチを開放する。これによって、変速比の高いギヤ段における過剰な減速度が生じることを防止し、かつ、シフトダウンの実行中にクラッチＣＬ１開放を行うため、車両挙動への悪影響を最小限に抑えることも可能となる。さらに、クラッチＣＬ１を開放した後は、通常のＥＶ走行に適した領域であるため、ドライバが加速要求をした場合には、クラッチ制御（クラッチの開放や締結動作）を行わずに、スムーズにＥＶ走行を開始することができる。また、クラッチＣＬ１を既にに開放してあるため、エンジンを連れ回す必要がなくなるため、燃費も向上する。

図２は、図１に示したハイブリッド車両のエンジン１と第１クラッチＣＬ１、モータジェネレータ３の状態遷移図である。本図では、横軸に時間、縦軸に各状態量を示してある。まず、時刻ｔ１にて、変速シグナル（NextGP）が「２→１」となることを判定し、ＡＴの開放油圧と締結油圧を制御する。この時点では、トルク制御を行っている。その後、締結油圧が一定になり回転制御に移行したタイミング（時刻ｔ２）で、第１クラッチＣＬ１を開放する。第１クラッチＣＬ１が開放されたことによりエンジンフリクションが０となり、モータジェネレータ３が制御されるまではＡＴ（自動変速機）入力トルクにＭＧアシストトルクが入力される。そこで、締結油圧一定により、時刻ｔ３から出力トルクが目標駆動トルク相当に調整されるため、第１クラッチＣＬ１開放による出力トルク変動が発生しない。即ち、本実施態様では、シフトダウン時の時刻ｔ１からｔ３の間、より詳細には、時刻ｔ２から時刻ｔ３までの回転制御中に、クラッチＣＬ１の開放を行っている。

図３は、本発明の一実施態様によるハイブリッド車両のクラッチ制御装置で実行される制御を示すフローチャートである。ここでは、第１クラッチＣＬ１を締結したコースト減速中であることを前提にする。図に示すように、ステップＳ１１では、測定した現在のＳＯＣ（充電状態、充電量などを示す数値）が所定の閾値未満であるか否かを判定する。現在のＳＯＣが所定の閾値未満でない場合は、処理を終える。現在のＳＯＣが所定の閾値未満である場合は、ステップＳ１２にて、第１クラッチＣＬ１が締結されたコースト減速中であるか否かを判定する。具体的には、第１クラッチＣＬ１が締結されているか否かは、クラッチ制御部から得られる情報で判定できる。コースト減速中であるか否かは、アクセルポジションセンサからの得られる情報で判定できる。ステップＳ１２では、これらクラッチ制御部およびアクセルポジションセンサから得た情報に基づき、第１クラッチＣＬ１が締結されたコースト減速中であるか否かを判定している。判定条件を満たさない場合は、第１クラッチＣＬ１の締結を維持し、処理を終える。条件を満たす場合は、ステップＳ１３にて、「現在の車速≦２→１シフトダウン車速」であるか否かを判定する。コースト減速によって「現在の車速≦２→１シフトダウン車速」になるまで、ステップＳ１３は繰り返される。「現在の車速≦２→１シフトダウン車速」になると、ステップＳ１４にて、シフトギヤ２からシフトギヤ１へのシフトダウンを開始する。ステップＳ１５にて回転数制御を開始し、ステップＳ１６にて第１クラッチＣＬ１の開放を行う。ステップＳ１７では、シフトダウンが完了し、トルク制御に移行する。この後、車両は、クリープＥＶ走行に遷移することになる。このように制御することによって、エンジン連れ周りによる過剰な減速を防止することによって、燃費の向上が図れるとともに、クラッチ開放による不自然な車両挙動を抑えることが可能となる。

図４は、比較例のアクセル開度（ＡＰＯ）と車速で定義された走行領域マップを示す図である。図に示すように、この比較例では、バッテリ１０が高ＳＯＣ状態にあるときにアクセルをオフすると、エンジンとモータを結合するクラッチＣＬ１が締結されて、（クラッチＣＬ１締結）エンジン連れ回り走行領域に入る。そして、クラッチＣＬ１締結コースト走行によって、車速が低下すると、シフトギヤが３段（速）、２段、１段とシフトダウンしていく。しかし、車速ｖ１あたりでは、２段から１段にシフトダウンするが、このような低速域では、減速度が大き過ぎて過剰かつ急速に速度が低下してしまう。これによって搭乗者は過剰な減速度によるショックを被ることとなる。

図５は、本発明の一実施態様によるアクセル開度（ＡＰＯ）と車速で定義された走行領域マップを示す図である。本実施態様では、エンジン連れ周り走行領域を速度ｖ１以上に限定している。即ち、速度ｖ１以下になると、クラッチＣＬ１の締結が開放される。また、このクラッチ開放のタイミングを、２段から１段へのシフトダウンと同期を取って行うため、クラッチ開放によるショックが低減されるというメリットがある。また、クラッチＣＬ１を開放しているため、最加速時には、燃費の良いＥＶ走行にクラッチの締結／開放を行わずに移行できるという利点もある。このような減速、クリープ走行、最加速というシーンは、高速の渋滞時には、良く出現するシナリオであり、本実施態様は、このようなシナリオにおける燃費向上、運転性を顕著に向上させるものである。

本発明の理解に資するために、上述した図１に示したような第１クラッチＣＬ１、第２クラッチＣＬ２を搭載したハイブリッド車両のクラッチ締結／開放をシーン別に説明する。図６に示すように、このハイブリッド車両は、エンジン（ＥＮＧ）１、第１クラッチＣＬ１、第２クラッチ、ＣＬ２、モータジェネレータ２、インバータ１２、バッテリ１０を具える。以降の図面においても、同様の部材には同様の符号を付すものとする。停止時は、第１クラッチＣＬ１は開放され、第２クラッチＣＬ２が締結してある。そして、加速した場合には、バッテリ１０の直流電力がインバータ１２によって３相の交流電流に変換されモータジェネレータ２を回転し、その回転によって生じた駆動力が第２クラッチＣＬ２を介して駆動輪に伝達される。

図６は、一定速から減速に至るシーンのクラッチ締結／開放の様子を説明する図である。図６の（ａ）に示すように、第１クラッチＣＬ１および第２クラッチＣＬ２を完全に締結した状態である。エンジン１から締結した第１クラッチＣＬ１、モータジェネレータ２、第２クラッチＣＬ２を経て、エンジントルクを駆動輪に伝達して、一定速で走行している。もちろん、ハイブリッド車なので、このとき、エンジントルクの他にモータトルクを併せて供給したり、エンジン側の燃料供給を停止して、モータトルクのみで走行することも可能である。このような一定速から、アクセルオフした場合、ＳＯＣが標準状態の場合は、第１クラッチＣＬ１を開放して、モータジェネレータ２を発電機として機能させ、インバータ１２を用いて交流電力を直流電力に変換し、バッテリ１０を充電する。即ち、減速時は、バッテリ１０へ電気を充電する回生運転を行う。

図７は、減速時に高ＳＯＣ時のエンジン連れ回しコースト運転に至るシーンのクラッチ締結／開放の様子を説明する図である。図７の（ａ）は、図６の（ｂ）で説明したとおりである。減速しながらバッテリ１０への回生運転をしているときに、或いは、アクセルをオフしたときに、バッテリ１０が所定の規定値を超える高ＳＯＣ状態（満充電であり、充電禁止の状態）である場合は、バッテリ１０へ電力を回生をせずに減速度を出すために、第１クラッチＣＬ１を締結して、エンジン１への燃料供給を停止したエンジン連れ回し走行を行う。即ち、エンジンブレーキによってコースト運転を行う。

図８は、高ＳＯＣ時のエンジン連れ回しコースト運転から、減速（シフトダウン）、再加速に至るシーンのクラッチ締結／開放の様子を説明する図である。図８の（ａ）は、図７の（ｂ）で説明したとおりである。図８の（ａ）のようなエンジン連れ回り走行時には、車速の低下に応じてシフトダウンが発生する。通常のシフトダウン技術の制御によれば、減速によって、図８の（ｂ）に移行し、より減速度の強いシフトギヤにシフトダウンし、減速し過ぎの状況になってしまう。他方、本発明の実施態様によれば、シフトダウン中に、第１クラッチＣＬ１を開放するため、開放のショックを低減することができ、さらには、過剰な減速度を出しているエンジンとの締結を開放するため、減速をし過ぎることもない。また、このようなシーンでは、再度、加速することが多く、そのような場合には、図８の（ｄ）に示すように、クラッチ制御をすることなく、ＥＶ走行に遷移することが可能である。

本発明を諸図面や実施例に基づき説明してきたが、当業者であれば本開示に基づき種々の変形や修正を行うことが容易であることに注意されたい。従って、これらの変形や修正は本発明の範囲に含まれることに留意されたい。例えば、各部、各手段などに含まれる機能などは論理的に矛盾しないように再配置可能であり、複数の手段などを１つに組み合わせたり、或いは分割したりすることが可能である。

実施態様では、２速から１速へのシフトダウンに同期を取りながら第１クラッチを開放するケースを説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、図５において、２段の変速比が十分に高い場合には、３段から２段へのシフトダウンに同期を取りながら、第１クラッチＣＬ１を開放しても、上述した実施態様と同様の効果を得ることができる。また、車速とシフトダウンとの関係が正確に対応付けられている場合は、シフトダウンの状態に代わりに、シフトダウンが発生する車速と同期を取って第１クラッチＣＬ１を開放しても良い。

本発明の一実施態様によるクラッチ制御装置を搭載したハイブリッド車両の概略構成図である。 図１に示したハイブリッド車両のエンジン１と第１クラッチＣＬ１、モータジェネレータ３の状態遷移図である。 本発明の一実施態様によるハイブリッド車両のクラッチ制御装置で実行される制御を示すフローチャートである。 比較例のアクセル開度（ＡＰＯ）と車速で定義された走行領域マップを示す図である。 本発明の一実施態様によるアクセル開度（ＡＰＯ）と車速で定義された走行領域マップを示す図である。 一定速から減速に至るシーンのクラッチ締結／開放の様子を説明する図である。 減速時に高ＳＯＣ時のエンジン連れ回しコースト運転に至るシーンのクラッチ締結／開放の様子を説明する図である。 高ＳＯＣ時のエンジン連れ回しコースト運転から、減速（シフトダウン）、再加速に至るシーンのクラッチ締結／開放の様子を説明する図である。

符号の説明

１ エンジン
２ モータジェネレータ
３ トランスミッション
４ プロペラシャフト
５ デファレンシャルギア
６ 駆動輪
７ アクセルポジションセンサ
８ 車速センサ
９ コントローラ
９ａ クラッチ制御部
９ｂ ＭＧ制御部
９ｃ バッテリ制御部
９ｄ エンジン制御部
９ｅ 変速機制御部
１０ バッテリ
１１ バッテリセンサ
１２ インバータ
ＣＬ１ 第１クラッチ
ＣＬ２ 第２クラッチ

Claims (3)

1. エンジンと、モータ／ジェネレータと、これらエンジンとモータ／ジェネレータとの間で締結及び解放によりトルクを伝達及び遮断する第１クラッチと、前記モータ／ジェネレータと駆動輪との間に配した有段の変速機と、を具えたハイブリッド車両の駆動制御装置であって、
   前記モータ／ジェネレータに電力を供給し、かつ、該モータ／ジェネレータで発電された電力を蓄電するバッテリのＳＯＣ増加により該バッテリへの蓄電を制限している状態におけるコースト減速時には、燃料カットしたエンジンを連れ回してコースト走行するように、前記第１クラッチを締結するクラッチ制御部と、
   車速に応じて前記変速機をシフトダウンする有段変速機制御部とを具え、
   前記クラッチ制御部が、
   前記第１クラッチを締結した前記エンジン連れ回しでのコースト走行時に、車速の低下に応じて前記有段変速機制御部により前記有段変速機がシフトダウンする場合に、該シフトダウンと同期をとりながら前記第１クラッチを開放し、開放した後は、前記シフトダウン中及びシフトダウン終了以降に前記第１クラッチの開放状態を維持し、前記エンジンと前記モータ／ジェネレータとの間のトルクの伝達が遮断された走行状態に遷移する、
   ことを特徴とするハイブリッド車両の駆動制御装置。
2. 請求項１に記載のハイブリッド車両の駆動制御装置において、
   前記クラッチ制御部が、
   前記第１クラッチを締結した前記エンジン連れ回しでのコースト走行時に、車速の低下に応じて前記有段変速機制御部により前記有段変速機が変速比の最も大きい段にシフトダウンする場合に、該シフトダウンと同期をとりながら前記第１クラッチを開放する、
   ことを特徴とするハイブリッド車両のクラッチ制御装置。
3. 請求項１に記載のハイブリッド車両の駆動制御装置において、
   前記クラッチ制御部が、
   前記有段変速機のシフトダウン時の回転制御中に、前記第１クラッチを開放する、
   ことを特徴とするハイブリッド車両のクラッチ制御装置。

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