JP4961192B2 - 車両の駆動源制御装置 - Google Patents

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Description

本発明は、車両の駆動源制御装置に関し、特に、駆動源としてエンジンとモータとを備える車両の駆動源制御装置に関する。
図8は、エンジンと、モータ・ジェネレータ(以下、「モータ」ないし「MG」ともいう。)のトルク性能を表した図であり、エンジンは一定の回転領域においてピークを持ち、高トルクを発生できるが、排気ガスや燃料消費がある。一方、モータは、低回転領域から高トルクを発生できるという強みがあるが、高回転域ではトルクは減少する。
いわゆるパラレル方式のハイブリッド車において、上記駆動源の特性の違いを利用し、発進時や加速時にモータによるトルクアシストを実施し、走行時のエンジン音低減や燃費向上を図る技術が知られている。
例えば、特許文献1には、エコラン(エコノミー&エコロジーランニング)中におけるアイドリングストップ状態から発進する際のドライバによるアクセルペダルの過剰な踏込みによる燃費悪化を防ぐため、発進から一定時間モータによるトルクアシストを実施することが提案されている。
また、特許文献2には、トルクアシストを用いた加速中にバッテリが切れてエンジン音や振動が急激に変化しないように、事前にバッテリから供給する電力と電力供給時間を推定し、その結果に基づいて加速期間におけるバッテリ及びエンジン出力を制御する技術が開示されている。
特開2005−325804号公報 特開2006−9588号公報
図9は、ドライバより急加速操作が行われた場合の、アクセル開度、ギヤ段(要求ギヤ段/実ギヤ段)、クラッチ動作、車速、車両前後Gの変化を表した図である。同図に表されたとおり、アクセルの踏込み操作によりダウンシフト条件が成立して始めてクラッチ断動作、実ギヤ段切り替えが完了してから、クラッチが係合側に動作し、加速Gが立ち上がってくるような車両挙動となる。
このように、追い越しや上り勾配等の状況において、ドライバがアクセルを踏込み加速要求した場合に、変速(ダウンシフト)とそれに伴うエンジン回転数増加までに時間が掛かり、スムーズな加速ができないという問題点がある。また、上記の特許文献では、発進時や加速時にモータによるトルクアシストを実施することが提案されているが、あくまで騒音低減や燃費向上のために行うものであり、上記したモータ本来のトルク性能を活かすものとはなっていない。
本発明は、上記した事情に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、ダウンシフトを伴うようなドライバの加速要求にスムーズに対応することができる車両用駆動源制御装置を提供することにある。
本発明の第1の視点によれば、駆動源として備えられたエンジンと前記エンジンのトルクを変速機に伝達、遮断するクラッチとモータを制御する車両の駆動源制御装置であって、アップシフト時に適用され、前記モータに、変速に伴うエンジントルクの変動を補うよう追加トルクを出力させる第1のモータアシストモードと、ダウンシフト時に適用され、前記モータに、アクセル開度に応じた追加トルクを出力させる第2のモータアシストモードと、を有し、前記第2のモータアシストモードは、実ギヤ段が要求ギヤ段と一致して前記クラッチが前記エンジンと前記変速機とを係合した後も所定時間継続して前記追加トルクを出力する車両の駆動源制御装置が提供される。
また、本発明の第2の視点によれば、前記第2のモータアシストモードが、変速動作の終了後、アクセル開度に拘わらず所定時間にわたって前記追加トルクを下げていく終了処理を行うことにより終了すること、を特徴とする車両の駆動源制御装置が提供される。
本発明によれば、ドライバの加速要求に対し応答性よくスムーズに加速させること(踏込み加速の運動性能の向上)が可能となる。
続いて、本発明を実施するための最良の形態について図面を参照して詳細に説明する。図1は、本発明を適用可能なハイブリッド車両の構成を示したブロック図である。まず始めに、図1を参照すると、内燃機関に代表されるエンジン(以下、「EG」ともいう)11と、バッテリ19に蓄積された電気で駆動されるMG12との2種類の原動機とが並列に配置され、車輪を駆動できるような構成となっている。
エンジン11の出力は、変速機13に伝達され、次いで、出力部である差動装置(ディファレンシャル)14を経由してアクスルシャフト15、15’及び駆動輪16、16’に伝達され、車両を駆動する。MG12の出力も同様に差動装置(ディファレンシャル)14を経由して車両を駆動可能になっている。
また、図1のハイブリッド車両は、車両全体の制御を掌るHV−ECU21(Hybrid Vehicle Electronic Control Unit)、MG12に駆動又は回生を指令するMG−ECU及びインバータ22、エンジン11の停止及び燃焼状態を制御するEG−ECU23、変速機13に組み込まれたクラッチアクチュエータ17、変速アクチュエータ18をコントロールし最適な変速を行なわしめるAMT−ECU24、バッテリ19の充電状態を管理する電池ECU25とを備えている。
HV−ECU21は、車両の駆動源制御装置として動作し、ドライバーの走行意志を受けてMG−ECU及びインバータ22、EG−ECU23、電池ECU25を制御・管理する。HV−ECU21は、変速フラグ、ダウンシフトフラグを保持し、車両の走行状況に応じて各フラグの値(オン/オフ)を切り替えるとともに、その組み合わせに従って、後記するように、MG12に出力させるトルクの算出方法を変更する。
EG−ECU23は、AMT−ECU24と連携して最良の燃焼状態を生み出すとともに、スタータ20によるエンジン始動時の燃料制御を行なう。また、運転席には、車両の速度を表示するインジケータ26が設けられている。
図2は、ハイブリッド車両の駆動機構の概略構成(4速状態)を表したスケルトン図である。まず、変速機13側の構成について説明すると、エンジン11の出力軸31端部には、フライホイール32が固定されており、フライホイール32にはクラッチ要素33が取り付けられ、クラッチアクチュエータ17によって係脱可能になっている。クラッチの被動部材はスプライン等によって回転方向に対して、変速機13の入力軸34に一体的に取り付けられている。入力軸34には、クラッチ側から順に1st35、Rev36、2nd37の駆動ギヤが一体的に構成され、さらに3rd38、4th39、5th40、6th41の駆動ギヤが回転自在に装着されている。また、入力軸34と平行に、変速機13の出力軸42が設けられ、前記各ギヤと噛み合う位置に、1st43、2nd44被駆動ギヤが回転自在に、3rd45、4th46、5th47、6th48の各被駆動ギヤが一体的に装着されている。そして、変速機13の出力軸42のクラッチ側の端部には、差動装置(ディファレンシャル)14のケースに設けられたリングギヤ(ファイナルギヤ)70と噛合する駆動ギヤ49が一体的に装着されている。更に、変速機13側には、変速機13の入力軸34と平行な軸50が設けられ、Revアイドラギヤ51が回転自在に装着されている。Revアイドラギヤ51は軸方向にも移動可能で、クラッチ側の位置(太実線)ではRev駆動ギヤ36とは噛み合わないが、6th駆動ギヤ41側の位置(細線)ではRev駆動ギヤ36と噛み合い可能となっている。
変速機13の入力軸34及び出力軸42の各駆動ギヤ、被駆動ギヤの間には、各軸と固定的に回転するハブ部材52、53、54が設けられている。夫々のハブ部材には外周にスプライン等の係合手段があり、更に外周に設けられるスリーブ部材55、56、57と噛み合い、該スリーブは変速アクチュエータ18により軸方向(図左右)に動かされることによって、左側のギヤ、右側のギヤに構成されたスプラインと噛み合い動力伝達可能な状態と、いずれのギヤとも噛み合わない中立状態になる。図2では、スリーブ部材56が左動し4速状態となっている。また、出力軸42の1st43、2nd44の間にあるスリーブ部材55には更に外周部に延びた部分にギヤ58が設けられ、ギヤ58はRevアイドラギヤ51がRev駆動ギヤ36と噛み合った状態でRevアイドラギヤ51と噛み合い、中立状態とRev駆動状態の2つの状態を構成する。
上記のとおり、エンジン11の駆動力は、クラッチアクチュエータ17によってクラッチが係合状態となり、変速アクチュエータ18によって選択された変速比に従って出力軸42端の第1の駆動ギヤ49に伝達される。
一方、MG12で出力される駆動力は、MG出力軸60端に一体的に設けられた原動ギヤ61に伝達される。MG出力軸60と平行に配設された中間減速軸62には、原動ギヤ61と噛み合う被駆動ギヤ63と、差動装置(ディファレンシャル)14のケースに設けられたリングギヤ(ファイナルギヤ)70と噛合する第2の駆動ギヤ64と、が設けられ、MG12の駆動力は、所定の減速比にて、第2の駆動ギヤに伝達される。
上記構成により、HV−ECU21(Hybrid Vehicle Electronic Control Unit)によって、エンジン11並びにMG12の出力は、リングギヤ(ファイナルギヤ)70に伝達され、差動装置(ディファレンシャル)14を介して、必要に応じて回転数の差を吸収した上で、アクスルシャフト15、15’及び駆動輪16、16’が駆動される。
また、MG12は電力を受け取って駆動力に変換する力行状態と、駆動力を電力に変換する回生状態の両機能を有し、三相の電力によってステータ部材66で発生させた磁力がロータ部の鉄部分を通過して帰るのに最適な位置で多くの電流を流すことによって、駆動力の発生や回転方向の制御も含めて効率的な変換ができるように制御される。
MG12の出力軸60の反対側には、回転検出装置として、レゾルバ65が取り付けられている。レゾルバ65は、MG12のコイルの巻かれたステータ部材66と、MG出力軸60と一体的に回転するロータ部材67との間の相対角度を検出し、レゾルバ信号として利用可能である。例えば、レゾルバ信号を、MG12の極数に依存した数値及びMG12側のギヤ比で換算することによって、車両の速度情報として用いることが可能である。
続いて、上記構成よりなるハイブリッド車両における駆動源の制御について図面を参照して詳細に説明する。図3は、上記HV−ECU21において所定時間毎に行われる処理を表したフローチャートである。
図3を参照すると、まず、HV−ECU21は、バッテリ19の充電状態値SOC(State Of Charge)が所定値以上、MG12が所定温度以下、車速が所定値以上かといった所定のアシスト許可条件を満たしているか否かを確認する(ステップS001)。
続いて、HV−ECU21は、ドライバより変速要求が行われたか否かを確認する(ステップS002)。例えば、車両に備えられているアクセル開度センサから得られるアクセル開度θと、現在車速vとを、所定の変速線情報(変速マップ)に適用して、変速の要否を判定し、変速が必要である場合は、変速フラグをONにし、変速が必要な状態から脱した時点で当該変速フラグをクリアするといった処理が行われる(ステップS003〜S004)。
続いて、HV−ECU21は、ドライバよりダウンシフト要求が行われたか否かを確認する(ステップS005)。例えば、アクセル開度θと、現在車速vとを、所定の変速線情報(変速マップ)に適用した結果、現変速段から低速段への変速要と判定された場合にダウンシフトフラグをONにする処理が行われる(ステップS006)。
続いて、HV−ECU21は、上記ステップS002〜ステップS006の変速要否判定結果を踏まえて、変速フラグがONであるか否かと(ステップS007)、ダウンシフトフラグがONであるか否かを確認する(ステップS008、ステップS009)。
ここで、変速フラグとダウンシフトフラグの双方がONである場合、即ち、ドライバから強い加速要求が行われたような場合、HV−ECU21は、アクセル開度に応じた追加トルクを出力させるダウンシフト時の加速アシスト処理(第2のモータアシストモード)を実行する(ステップS010)。このダウンシフト時の加速アシスト処理(第2のモータアシストモード)については、後に詳述する。
また、変速フラグのみがONである場合、HV−ECU21は、変速に伴うエンジントルクの変動を補うよう追加トルクを出力させるアップシフト時の加速アシスト処理(第1のモータアシストモード)を実行する(ステップS011)。このアップシフト時の加速アシスト処理(第1のモータアシストモード)においては、例えば、クラッチ断動作に伴う車両前後G(シフトダウン時であるが図9参照)の変化を緩和するよう、MG12に所定トルクを出力させる動作が行われる。
また、変速フラグがOFFであり、ダウンシフトフラグがONである場合、即ち、ダウンシフト時の加速アシスト処理(第2のモータアシストモード)を行っていたが、アクセル開度と現在車速と現変速段のミスマッチが解消されている状態に入った場合、HV−ECU21は、ダウンシフト時の加速アシスト終了処理(第2のモータアシストモードの終了)を実行する(ステップS012)。このダウンシフト時の加速アシスト終了処理(第2のモータアシストモード終了処理)については、後に詳述する。
また、変速フラグとダウンシフトフラグの双方がOFFである場合、例えば、所定のギヤ段での定常走行しているような時は、HV−ECU21は、MG指示トルクを0にする(ステップS013)。
続いて、HV−ECU21は、SOC値、MG温度、MG最大出力等の項目に基づき、上記ステップS010〜S012で算出したMGアシストトルクの制限処理を行なう(ステップS014)。
最後に、HV−ECU21は、このようにして算出・制限したMGアシストトルクをMG指示トルクとして確定し、MG−ECUに指令する(ステップS015)。
続いて、上記ステップS010のダウンシフト時の加速アシスト処理(第2のモータアシストモード)と、上記ステップS012のダウンシフト時の加速アシスト終了処理(第2のモータアシストモード終了処理)について、詳述する。
図4は、ダウンシフト時の加速アシスト処理(第2のモータアシストモード)におけるHV−ECU21の処理概要を表したフローチャートである。ダウンシフト時の加速アシスト処理(第2のモータアシストモード)では、HV−ECU21は、まず、アクセル開度から、MGアシストトルクをMG12に与える負荷により表した負荷率を算出する(ステップS111)。
HV−ECU21は、MGの最大トルクと上記負荷率を乗ずることにより、MGアシストトルクを算出する(ステップS112)。図5は、アクセル開度と、上記負荷率との関係を表した図(マップ)であり、例えば、アクセル低開度時は、アシストすると飛び出し感が強く感じられるため、限りなくゼロとなっている。アクセル開度がθ以上となるとアクセル開度の増加に対して一定の勾配で負荷率が増大する。そして、アクセル開度がθ以上では、θからθまでの勾配より大きな勾配で、アクセル開度に対して負荷率が増大する。そして、アクセル開度がθ以上では、負荷率は1.0であり、このとき、MGアシストトルクは、MGの最大トルクに決定される。また、アクセル開度がθ未満の範囲、例えば、アクセル開度がθである場合、負荷率及びMGアシストトルクはアクセル開度θに応じた値に決定される。
図6は、ダウンシフト時の加速アシスト終了処理(第2のモータアシストモード終了処理)におけるHV−ECU21の処理概要を表したフローチャートである。ダウンシフト時の加速アシスト終了処理(第2のモータアシストモード終了処理)では、HV−ECU21は、まず、アシストトルクが0を超えているか否かを確認する(ステップS131)。
ここで、アシストトルクが0を超えている場合は、HV−ECU21は、上記図4のステップS112と同様に、MGの最大トルクと上記負荷率を乗ずることにより、MGアシストトルクを算出する(ステップS132)。更に、HV−ECU21は、上記算出したMGアシストトルクを所定幅減ずるMGアシストトルク徐変処理を実行する(ステップS133)。
そして、上記MGアシストトルク徐変処理を繰り返すことにより、MGアシストトルクが0以下になると、HV−ECU21は、MGアシストトルクを0にした後(ステップS134)、ダウンシフトフラグをOFFにして、ダウンシフト時の加速アシスト終了処理(第2のモータアシストモード終了処理)を終了する(ステップS135)。
図7は、本実施形態において、ドライバより急加速操作が行われた場合の、アクセル開度、ギヤ段(要求ギヤ段/実ギヤ段)、クラッチ動作、車速、MGアシストトルク、車両前後Gの変化を表した図である。
まず、アクセル開度の増により(アクセス開度線参照)、変速フラグ及びダウンシフトフラグの双方がONになり、要求ギヤ段の決定及びクラッチ断操作が行われるとともに、アクセル開度に応じた上記負荷率によるMGアシストトルク制御(第2のモータアシストモード)が開始される。その後、実ギヤ段が要求ギヤ段と一致し、変速フラグがOFFになった後もアクセル開度に応じた上記負荷率によるMGアシストトルク制御が一定期間行われた後、MGアシストトルクの徐変処理(第2のモータアシストモード終了処理)が開始される。
そして、上記MGアシストトルクの徐変処理(第2のモータアシストモード終了処理)により、MGアシストトルクが0になった段階で、ダウンシフトフラグがOFFになり、その後は、エンジンによる加速が継続される。
以上のように、MG温度やバッテリ残量等のMGが正常に機能できる範囲において、ドライバの加速要求に対してMG12にて加速トルクを出力させる構成としたため、応答性よくスムーズな加速性能を得ることが可能となる。また、スムーズな加速性能の達成は、ドライバによるアクセル踏込み量の減をもたらし、燃費の向上も実現される。更に、図7と図9を比較しても明らかなとおり、車両前後Gの変化も抑えることが可能となっている。
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明の技術的範囲は、上述した実施の形態の記載に限定されるものではなく、適用される車両の仕様等に応じて、各種の変形を加えることが可能である。
例えば、上記した実施形態では、MGで出力される駆動力が、差動装置(ディファレンシャル)14に伝達される構成のハイブリッド車の例を挙げて説明したが、エンジンとモータが並列的な関係にあって車両を駆動させるその他の車両にも適用可能である。
また例えば、上記した実施形態では、本発明の理解を助けるために、アクセル開度から負荷率(モータ指示トルク決定パラメータ)を求め、当該負荷率からモータ指示トルクを求めるものとして説明したが、アクセル開度から直接モータ指示トルクを求めることも可能である。また、図5のマップもあくまで、本発明の理解を助けるために例示したものであり、その他のマップ、テーブル、数式等の均等な手段に置き換えることができることはいうまでも無い。
本発明を適用可能なハイブリッド車両の構成を示したブロック図である。 本発明の一実施形態に係る車両の駆動機構の概略構成(4速状態)を表したスケルトン図である。 本発明の一実施形態に係る車両の駆動源制御措置(HV−ECU)において所定時間毎に行われる処理を表したフローチャートである。 本発明の一実施形態に係る車両の駆動源制御措置(HV−ECU)におけるダウンシフト時の加速アシスト処理を説明するためのフローチャートである。 本発明の一実施形態に係る車両の駆動源制御措置(HV−ECU)におけるアクセル開度と、上記負荷率との関係を表した図である。 本発明の一実施形態に係る車両の駆動源制御措置(HV−ECU)におけるダウンシフト時の加速アシスト処理を説明するためのフローチャートである。 本発明に係る駆動源制御措置が搭載された車両のダウンシフト時の挙動を説明するための図である。 エンジンとMGのトルク性能を表した図である。 従来の車両のダウンシフト時の挙動を説明するための図である。
符号の説明
11 エンジン(EG)
12 モータジェネレータ(MG)
13 変速機
14 差動装置(ディファレンシャル)
15、15’ アクスルシャフト
16、16’ 駆動輪
17 クラッチアクチュエータ
18 変速アクチュエータ
19 バッテリ
20 スタータ
21 HV−ECU(車両の駆動源制御装置)
22 MG−ECU及びインバータ
23 EG−ECU
24 AMT−ECU
25 電池ECU
26 インジケータ
31 出力軸
32 フライホイール
33 クラッチ要素
34 変速機入力軸
35〜41、49 駆動ギヤ
42 変速機出力軸
43〜48 被駆動ギヤ
50 Revアイドラギヤ軸
51 Revアイドラギヤ
52〜54 ハブ部材
55〜57 スリーブ部材
58 ギヤ
60 MG出力軸
61 原動ギヤ
62 中間減速軸
63 被駆動ギヤ
64 第2駆動ギヤ
65 レゾルバ
66 ステータ部材
67 ロータ部材
70 リングギヤ(ファイナルギヤ)

Claims (4)

  1. 駆動源として備えられたエンジンと前記エンジンのトルクを変速機に伝達、遮断するクラッチとモータを制御する車両の駆動源制御装置であって、
    アップシフト時に適用され、前記モータに、変速に伴うエンジントルクの変動を補うよう追加トルクを出力させる第1のモータアシストモードと、
    ダウンシフト時に適用され、前記モータに、アクセル開度に応じた追加トルクを出力させる第2のモータアシストモードと、を有し、
    前記第2のモータアシストモードは、実ギヤ段が要求ギヤ段と一致して前記クラッチが前記エンジンと前記変速機とを係合した後も所定時間継続して前記追加トルクを出力すること、
    を特徴とする車両の駆動源制御装置。
  2. アクセル開度とモータ追加トルクの関係を定めたマップを用いて、前記第2のモータアシストモードにおける追加トルクを算出すること、
    を特徴とする請求項1に記載の車両の駆動源制御装置。
  3. 前記第2のモータアシストモードは、ダウンシフトの終了後、アクセル開度に拘わらず所定時間にわたって前記追加トルクを下げていく終了処理を行うことにより終了すること、
    を特徴とする請求項1又は2に記載の車両の駆動源制御装置。
  4. ドライバの操作内容が所定の変速条件を満たすか否かによって切り替える変速フラグのオン、オフによって、前記第1のモータアシストモードへの遷移が決定され、
    なおかつ前記ドライバの操作内容が所定のダウンシフト条件を満たす場合にダウンシフトフラグがオンになることにより、前記第2のモータアシストモードに移行し、
    前記第2のモータアシストモードにおいて、前記変速フラグがオフになることによって、アクセル開度に拘わらず所定時間にわたって前記追加トルクを下げていく第2のモータアシストモードの終了処理を実行し、該終了処理の完了後に、前記ダウンシフトフラグがオフになること、
    を特徴とする請求項1乃至3いずれか一に記載の車両の駆動源制御装置。
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