JP5029592B2 - ハイブリッド車両の制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、動力源にエンジンとモータを備えたハイブリッド車両の制御装置に関する。

ハイブリッド車両として特許文献１の技術が開示されている。この技術にあっては、ＨＥＶモード（エンジンおよびモータのトルクによって走行するモード）減速時にモータによる回生を行っている際にブレーキが操作された場合、エンジンを停止するとともにエンジン−モータ間のクラッチを解放している。また、エンジン停止中にブレーキ操作状態から非操作状態に移行する際、ブレーキに対する操作入力の変化量が所定値以上となった場合はクラッチを接続し、エンジンを再始動させている。
特開２００２−１４４９２１号公報

しかしながら上記従来技術にあっては、モータの高回転時におけるエンジン停止を許容するため、モータが高回転のままＥＶモード（モータのトルクのみによって走行するモード）に移行することとなる。

モータは高回転になるほどトルクが低下する特性を持つため、高回転時におけるモータトルクは、エンジン始動のためのクランキングトルク、および車両の駆動トルクの双方を賄うには不十分となる。したがって、モータの高回転時にＥＶモードからＨＥＶモードに移行する際、エンジンを再始動するためのクランキングトルクが不足するおそれがあった。

本発明は、上記問題に着目してなされたもので、その目的とするところは、ＥＶモードからＨＥＶモードに移行する際、クランキングトルクおよび車両の駆動トルクの双方を賄うことが可能なハイブリッド車両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、本発明では、エンジンおよびモータのトルクを用いて走行するエンジン使用走行モード実行時にエンジンを停止させる際、エンジンの回転数がエンジン再始動のためのモータのトルクを確保可能な所定回転数以下になってから、締結要素を解放するエンジン停止制御手段を設け、前記所定回転数を、複数の変速比ごとに設定した。

よって、ＥＶモードからＨＥＶモードに移行する際のクランキングトルクおよび車両の駆動トルクの双方を賄うことが可能なハイブリッド車両の制御装置を提供できる。

以下、本発明のハイブリッド車両の制御装置を実現する最良の形態を、図面に示す実施例に基づいて説明する。

まず、ハイブリッド車両の駆動系構成を説明する。図１は実施例１のエンジン始動制御装置が適用された後輪駆動によるハイブリッド車両を示す全体システム図である。実施例１におけるハイブリッド車の駆動系は、図１に示すように、エンジンＥと、第１クラッチＣＬ１（締結要素）と、モータＭＧと、第２クラッチＣＬ２と、自動変速機ＡＴ（有段変速機）と、プロペラシャフトＰＳと、ディファレンシャルＤＦと、左ドライブシャフトＤＳＬと、右ドライブシャフトＤＳＲと、左後輪ＲＬ（駆動輪）と、右後輪ＲＲ（駆動輪）と、を有する。尚、ＦＬは左前輪、ＦＲは右前輪である。

エンジンＥは、例えばガソリンエンジンであり、後述するエンジンコントローラ１からの制御指令に基づいて、スロットルバルブのバルブ開度等が制御される。尚、エンジン出力軸にはフライホイールＦＷが設けられている。

第１クラッチＣＬ１は、エンジンＥとモータＭＧとの間に介装されたクラッチであり、後述する第１クラッチコントローラ５からの制御指令に基づいて、第１クラッチ油圧ユニット６により作り出された制御油圧により作動し、スリップ締結を含み締結・開放が制御される。

モータＭＧは、ロータに永久磁石を埋設しステータにステータコイルが巻き付けられた同期型モータであり、後述するモータコントローラ２からの制御指令に基づいて、インバータ３により作り出された三相交流を印加することにより制御される。このモータＭＧは、バッテリ４からの電力の供給を受けて回転駆動する電動機として動作することもできるし（以下、この状態を「力行」と呼ぶ）、ロータが外力により回転している場合には、ステータコイルの両端に起電力を生じさせる発電機として機能してバッテリ４を充電することもできる（以下、この動作状態を「回生」と呼ぶ）。尚、このモータＭＧのロータは、図外のダンパーを介して自動変速機ＡＴの入力軸に連結されている。

第２クラッチＣＬ２は、モータＭＧと左右後輪ＲＬ,ＲＲとの間に介装されたクラッチであり、後述するＡＴコントローラ７からの制御指令に基づいて、第２クラッチ油圧ユニット８により作り出された制御油圧により、スリップ締結を含み締結・開放が制御される。

自動変速機ＡＴは、前進５速後退１速等の有段階の変速比を車速やアクセル開度等に応じて自動的に切り換える変速機であり、第２クラッチＣＬ２は、専用クラッチとして新たに追加したものではなく、自動変速機ＡＴの各変速段にて締結される複数の摩擦締結要素のうち、いくつかの摩擦締結要素を流用している。

そして、自動変速機ＡＴの出力軸は、車両駆動軸としてのプロペラシャフトＰＳ、ディファレンシャルＤＦ、左ドライブシャフトＤＳＬ、右ドライブシャフトＤＳＲを介して左右後輪ＲＬ,ＲＲに連結されている。尚、前記第１クラッチＣＬ１と第２クラッチＣＬ２には、例えば、比例ソレノイドで油流量および油圧を連続的に制御できる湿式多板クラッチを用いている。

このハイブリッド駆動系には、第１クラッチＣＬ１の締結・開放状態に応じて３つの走行モードを有する。第１走行モードは、第１クラッチＣＬ１の開放状態で、モータＭＧの動力のみを動力源として走行するモータ使用走行モードとしての電気自動車走行モード（以下、「ＥＶ走行モード」と略称する。）である。第２走行モードは、第１クラッチＣＬ１の締結状態で、エンジンＥを動力源に含みながら走行するエンジン使用走行モード（以下、「ＨＥＶ走行モード」と略称する。）である。第３走行モードは、第１クラッチＣＬ１の締結状態で第２クラッチＣＬ２をスリップ制御させ、エンジンＥを動力源に含みながら走行するエンジン使用スリップ走行モード（以下、「ＷＳＣ走行モード」と略称する。）である。このモードは、特にバッテリ蓄電量（バッテリＳＯＣ）が低いときやエンジン水温が低いときに、クリープ走行を達成可能なモードである。尚、ＥＶ走行モードからＨＥＶ走行モードに遷移するときは、第１クラッチＣＬ１を締結し、モータＭＧのトルクを用いてエンジン始動を行う。

上記「ＨＥＶ走行モード」には、「エンジン走行モード」と「モータアシスト走行モード」と「走行発電モード」との３つの走行モードを有する。

「エンジン走行モード」は、エンジンＥのみを動力源として駆動輪を動かす。「モータアシスト走行モード」は、エンジンＥとモータＭＧの２つを動力源として駆動輪を動かす。「走行発電モード」は、エンジンＥを動力源として駆動輪ＲＲ,ＲＬを動かすと同時に、モータＭＧを発電機として機能させる。

定速運転時や加速運転時には、エンジンＥの動力を利用してモータＭＧを発電機として動作させる。また、減速運転時は、制動エネルギを回生してモータＭＧにより発電し、バッテリ４の充電のために使用する。

また、更なるモードとして、車両停止時には、エンジンＥの動力を利用してモータＭＧを発電機として動作させる発電モードを有する。

次に、ハイブリッド車両の制御系を説明する。実施例１におけるハイブリッド車両の制御系は、図１に示すように、エンジンコントローラ１と、モータコントローラ２と、インバータ３と、バッテリ４と、第１クラッチコントローラ５と、第１クラッチ油圧ユニット６と、ＡＴコントローラ７と、第２クラッチ油圧ユニット８と、ブレーキコントローラ９と、統合コントローラ１０と、を有して構成されている。尚、エンジンコントローラ１と、モータコントローラ２と、第１クラッチコントローラ５と、ＡＴコントローラ７と、ブレーキコントローラ９と、統合コントローラ１０とは、互いの情報交換が可能なＣＡＮ通信線１１を介して接続されている。

エンジンコントローラ１は、エンジン回転数センサ１２からのエンジン回転数情報を入力し、統合コントローラ１０からの目標エンジントルク指令等に応じ、エンジン動作点（Ｎｅ：エンジン回転数,Ｔｅ：エンジントルク）を制御する指令を、例えば、図外のスロットルバルブアクチュエータへ出力する。尚、エンジン回転数Ｎｅ等の情報は、ＣＡＮ通信線１１を介して統合コントローラ１０へ供給される。

モータコントローラ２は、モータＭＧのロータ回転位置を検出するレゾルバ１３からの情報を入力し、統合コントローラ１０からの目標モータトルク指令等に応じ、モータＭＧのモータ動作点（Ｎｍ：モータ回転数,Ｔｍ：モータトルク）を制御する指令をインバータ３へ出力する。

尚、このモータコントローラ２では、バッテリＳＯＣ検出手段２０１においてバッテリ４の充電状態を表すバッテリＳＯＣを監視していて、バッテリＳＯＣ情報は、モータＭＧの制御情報に用いると共に、ＣＡＮ通信線１１を介して統合コントローラ１０へ供給される。

第１クラッチコントローラ５は、第１クラッチ油圧センサ１４と第１クラッチストロークセンサ１５からのセンサ情報を入力し、統合コントローラ１０からの第１クラッチ制御指令に応じ、第１クラッチＣＬ１の締結・開放を制御する指令を第１クラッチ油圧ユニット６に出力する。尚、第１クラッチストロークＣ１Ｓの情報は、ＣＡＮ通信線１１を介して統合コントローラ１０へ供給する。

ＡＴコントローラ７は、アクセル開度センサ１６と車速センサ１７と第２クラッチ油圧センサ１８と運転者の操作するシフトレバーの位置に応じた信号を出力するインヒビタスイッチからのセンサ情報を入力し、統合コントローラ１０からの第２クラッチ制御指令に応じ、第２クラッチＣＬ２の締結・開放を制御する指令をＡＴ油圧コントロールバルブ内の第２クラッチ油圧ユニット８に出力する。尚、アクセルペダル開度ＡＰＯと車速ＶＳＰとインヒビタスイッチの情報は、ＣＡＮ通信線１１を介して統合コントローラ１０へ供給する。

ブレーキコントローラ９は、４輪の各車輪速を検出する車輪速センサ１９とブレーキストロークセンサ２０からのセンサ情報を入力し、例えば、ブレーキ踏み込み制動時、ブレーキストロークＢＳから求められる要求制動力に対し回生制動力だけでは不足する場合、その不足分を機械制動力（摩擦ブレーキによる制動力）で補うように、統合コントローラ１０からの回生協調制御指令に基づいて回生協調ブレーキ制御を行う。

統合コントローラ１０は、車両全体の消費エネルギを管理し、最高効率で車両を走らせるための機能を担うもので、モータ回転数Ｎｍを検出するモータ回転数センサ２１と、第２クラッチ出力回転数Ｎ２ｏｕｔを検出する第２クラッチ出力回転数センサ２２と、第２クラッチ伝達トルク容量ＴＣＬ２を検出する第２クラッチトルクセンサ２３と、ブレーキ油圧センサ２４と、第２クラッチＣＬ２の温度を検知する温度センサ１０ａと、前後加速度を検出するＧセンサ１０ｂからの情報およびＣＡＮ通信線１１を介して得られた情報を入力する。

また、統合コントローラ１０は、エンジンコントローラ１への制御指令によるエンジンＥの動作制御と、モータコントローラ２への制御指令によるモータＭＧの動作制御と、第１クラッチコントローラ５への制御指令による第１クラッチＣＬ１の締結・開放制御と、ＡＴコントローラ７への制御指令による第２クラッチＣＬ２の締結・開放制御と、を行う。

以下に、図２に示すブロック図を用いて、実施例１の統合コントローラ１０にて演算される制御を説明する。例えば、この演算は、制御周期１０ｍｓｅｃ毎に統合コントローラ１０で演算される。統合コントローラ１０は、目標駆動力演算部１００と、モード選択部２００と、目標充放電演算部３００と、動作点指令部４００と、変速制御部５００と、を有する。

目標駆動力演算部１００では、図３に示す目標駆動力マップを用いて、アクセルペダル開度ＡＰＯと車速ＶＳＰとから、目標駆動力ｔＦｏ０を演算する。

モード選択部２００は、モードマップに基づいて目標モードを選択する。図５はモードマップを表す。モードマップ内には、ＥＶ走行モードと、ＷＳＣ走行モードと、ＨＥＶ走行モードとを有し、アクセルペダル開度ＡＰＯと車速ＶＳＰとから目標モードを演算する。但し、ＥＶ走行モードが選択されていたとしても、バッテリＳＯＣが所定値以下であれば、強制的に「ＨＥＶ走行モード」もしくは「ＷＳＣ走行モード」を目標モードとする。

目標充放電演算部３００では、図４に示す目標充放電量マップを用いて、バッテリＳＯＣから目標充放電電力ｔＰを演算する。また、目標充放電量マップには、ＥＶ走行モードを許可もしくは禁止するためのＥＶＯＮ線がＳＯＣ＝５０％に設定され、ＥＶＯＦＦ線がＳＯＣ＝３５％に設定されている。

ＳＯＣ≧５０％のときは、図５のモードマップにおいてＥＶ走行モード領域が出現する。モードマップ内に一度ＥＶ走行モード領域が出現すると、ＳＯＣが３５％を下回るまでは、この領域は出現し続ける。

ＳＯＣ＜３５％のときは、図５のモードマップにおいてＥＶ走行モード領域が消滅する。モードマップ内からＥＶ走行モード領域が消滅すると、ＳＯＣが５０％に到達するまでは、この領域は消滅し続ける。

動作点指令部４００では、アクセルペダル開度ＡＰＯと、目標駆動力ｔＦｏ０と、目標モードと、車速ＶＳＰと、目標充放電電力ｔＰとから、これらの動作点到達目標として、過渡的な目標エンジントルクと目標モータトルクと目標第２クラッチ締結容量と自動変速機ＡＴの目標変速段と第１クラッチＣＬ１の伝達トルク容量指令である第１クラッチソレノイド電流指令を演算する。また動作点指令部４００は、ＥＶ走行モードからＨＥＶ走行モードに遷移するときにエンジンＥを始動する。

また動作点指令部４００は、エンジンＥの停止制御を行うエンジン停止制御部４０１（エンジン停止制御手段）を有する。このエンジン停止制御手段４０１において、後述のエンジン停止制御を実行する。

［エンジン停止制御］
図６はモータＭＧの回転数−トルク特性図である。モータＭＧは回転数が高くなるほどトルクが減少するという特性を持つため、本願のようにモータＭＧのトルクを用いてエンジン始動を行うハイブリッド車両にあっては、モータＭＧが高回転のままＨＥＶモードからＥＶモードに移行した場合、エンジン始動を行うためのクランキングトルクが不足するおそれがある。そのため、ＥＶモードから再度ＨＥＶモードに移行する際にエンジン始動が適切に行われないおそれがある。

したがって本願では、ＨＥＶモードからＥＶモードに移行する際、エンジン停止制御手段４０１においてエンジン回転数が所定回転数α以下となってから第１クラッチＣＬ１を解放し、フューエルカットを行ってエンジンＥを停止させる。これにより、モータＭＧをクランキングトルクおよび車両駆動トルクに適した回転数まで落としてからエンジンＥを停止させるため、再度エンジンＥの始動を行う際にスムーズにクランキングを行い、また車両を駆動することが可能となる。

なお、所定回転数αは自動変速機ＡＴの複数の変速比ごとに設定される。第１クラッチＣＬ１が解放開始してから完全解放に至るまでの時間はほぼ一定である。その一方、複数の変速比のギヤごとにイナーシャが異なるため、モータＭＧの回転数低下速度は変速比ごとに異なり、高変速段では遅く、低変速段では早くなる。そのため、第１クラッチＣＬ１の解放を開始する所定回転数αを固定すると、解放開始時の変速段によっては第１クラッチＣＬ１の完全解放時におけるエンジン回転数がエンジン停止許可回転数βから大きく乖離した値となるおそれがある。

したがって、第１クラッチＣＬ１の解放を開始する所定回転数αの値を複数の変速段ごとに設定することにより、第１クラッチＣＬ１がいずれの変速段において解放開始された場合であっても、完全解放時にはエンジン回転数がエンジン停止許可回転数β付近とするものである。

［エンジン停止制御処理］
図７はエンジン停止制御フローである。以下、各ステップにつき説明する。
ステップＳ１０１ではエンジン回転数≦所定回転数αとなったかどうかが判断され、ＮＯであれば制御を終了し、ＹＥＳであればステップＳ１０２へ移行する。

ステップＳ１０２では第１クラッチＣＬ１の解放制御が開始される。また、エンジンＥに対しゼロトルク制御指令が出力される。
第１クラッチＣＬ１の解放時にエンジントルクが出力されていると、それまで駆動輪ＲＬ，ＲＲに伝達されていたエンジントルクが、第１クラッチＣＬ１の解放時に急激に伝達されなくなり、このトルク変動によって駆動輪ＲＬ，ＲＲが振動する。そのためあらかじめゼロトルク制御によりエンジントルク＝０とし、第１クラッチＣＬ１解放時における振動を抑制するものである。

ステップＳ１０３では、差回転に基づき第１クラッチＣＬ１が解放されたかどうかが判断され、ＹＥＳであればステップＳ１０４へ移行し、ＮＯであれば制御を終了する。

ステップＳ１０４では第１クラッチＣＬ１の解放が完了したとしてエンジンＥの自立運転制御を開始し、ステップＳ１０５へ移行する。

ステップＳ１０５ではＶＴＣ（可変バルブタイミング制御機構）が最遅角、かつエンジンＥの回転数がエンジン停止許可回転数β（再始動時における排気ガス過多を防止する回転数：後述）以下かどうかが判断され、ＹＥＳであればステップＳ１０６へ移行し、ＮＯであれば制御を終了する。
エンジンＥの再始動時にＶＴＣが最遅角位置にないとノイズが発生するため、あらかじめＶＴＣを最遅角位置に戻してノイズを抑制するものである。
また、エンジンＥの回転が減少せず、高回転のまま再始動を行った場合、再始動時におけるエンジンＥの排気ガスが過多となる。したがってあらかじめエンジン回転数をエンジン停止許可回転数β以下に下げてから停止させることで、エンジン回転数が高回転を保ったまま再始動が行われることがなく、排気ガスが増加することがない。

ステップＳ１０６ではエンジンＥのフューエルカット（Ｆ/Ｃ）を行い、ステップＳ１０７へ移行する。

ステップＳ１０７ではエンジン回転数＝０となり、制御を終了する。

［エンジン停止制御の経時変化］
図８はエンジン停止制御のタイムチャートである。なお、ｒ１〜ｒ４は自動変速機ＡＴの各変速段における変速中の回転数を示す。
（時刻ｔ１）
時刻ｔ１において運転者の足がアクセルペダルから離れ、エンジンＥのフューエルカットが行われてエンジン回転数が低下する。第１クラッチＣＬ１によってエンジンＥと接続するモータＭＧの回転数も低下する。

（時刻ｔ２）
時刻ｔ２においてエンジン回転数≦所定回転数αとなり、第１クラッチＣＬ１の解放制御が開始されるとともに、エンジンＥに対しゼロトルク制御が行われる。

（時刻ｔ３）
時刻ｔ３において第１クラッチＣＬ１が解放される。これによりエンジン回転数とモータ回転数が乖離し、エンジンＥの自立運転が開始されてエンジン回転数が低下する。なお、モータ回転数は再度のクランキングに適した回転数を保持する。

（時刻ｔ４）
時刻ｔ４においてＶＴＣが最遅角とされ、エンジン回転数≦エンジン停止許可回転数βとなってエンジンＥのフューエルカットが行われ、その後エンジン回転数がゼロとなる。

［実施例１の効果］
（１）エンジンＥとモータＭＧとを接続／解放する第１クラッチＣＬ１（締結要素）を有するハイブリッド車両の制御装置において、
エンジンＥおよびモータＭＧのトルクを用いて走行するＨＥＶモード（エンジン使用走行モード）実行時にエンジンＥを停止させる際、エンジンＥの回転数が所定回転数α以下になってから、第１クラッチＣＬ１を解放するエンジン停止制御部４０１（エンジン停止制御手段）を設けた。

これにより、モータＭＧをクランキングトルクに適した所定回転数αまで落としてからエンジンＥを停止させるため、再度エンジンＥの始動を行う際、クランキングトルクおよび車両の駆動トルクの双方を賄うことができる。

（２）複数の変速比を有する自動変速機ＡＴ（有段変速機）を備え、
自動変速機ＡＴは、エンジンＥおよびモータＭＧと、駆動輪ＲＬ，ＲＲとの間に介装され、
所定回転数αは、複数の変速比ごとに設定されることとした。

第１クラッチＣＬ１が解放開始してから完全解放に至るまでの時間はほぼ一定である。一方、複数の変速比のギヤごとにイナーシャが異なるため、モータＭＧの回転数低下速度は変速比ごとに異なり、高変速段では遅く、低変速段では早くなる。
そのため、第１クラッチＣＬ１の解放を開始する所定回転数αを固定すると、解放開始時の変速段によっては、第１クラッチＣＬ１の完全解放時におけるエンジン回転数がエンジン停止許可回転数βから大きく乖離した値となるおそれがある。
したがって、第１クラッチＣＬ１の解放を開始する所定回転数αの値を複数の変速段ごとに設定することにより、第１クラッチＣＬ１がいずれの変速段において解放開始された場合であっても、完全解放時にはエンジン回転数がエンジン停止許可回転数β付近とすることができる。

以上、実施例に基づいて説明したが、上記構成に限られず本発明の範囲を逸脱しない範囲で他の構成を取り得る。

実施例１の後輪駆動のハイブリッド車両を示す全体システム図である。 実施例１の統合コントローラにおける演算処理プログラムを示す制御ブロック図である。 図２の目標駆動力演算部にて目標駆動力演算に用いられる目標駆動力マップの一例を示す図である。 図２の目標充放電演算部にて目標充放電電力の演算に用いられる目標充放電量マップの一例を示す図である。 図２のモード選択部にて目標モードの選択に用いられるモードマップを示す図である。 モータの回転数−トルク特性図である。 エンジン停止制御フローである。 エンジン停止制御のタイムチャートである。

符号の説明

ＣＬ１ 第１クラッチ（締結手段）
Ｅ エンジン
ＭＧ モータ
ＲＬ，ＲＲ 駆動輪
４０１ エンジン停止制御部（エンジン停止制御手段）

Claims (1)

1. エンジンと、
   モータと、
   前記エンジンおよび前記モータと、駆動輪との間に介装され、複数の変速比を有する有段変速機と、
   前記エンジンと前記モータとの間に介装され、前記エンジンと前記モータとを接続／解放する締結要素とを有し、
   前記締結要素を締結し、前記モータのトルクを用いて前記エンジンを始動するハイブリッド車両の制御装置において、
   前記エンジンおよび前記モータのトルクを用いて走行するエンジン使用走行モード実行時に前記エンジンを停止させる際、前記エンジンの回転数が前記エンジンを再始動するための前記モータのトルクを確保可能な所定回転数以下になってから、前記締結要素を解放するエンジン停止制御手段を設け、
   前記所定回転数を、前記複数の変速比ごとに設定したこと
   を特徴とするハイブリッド車両の制御装置。

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