JP5187834B2 - ハイブリッド車両のクラッチ伝達トルク制御装置 - Google Patents
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Description
本発明は、クラッチ伝達トルク制御装置に係り、より詳しくはハイブリッド車両の、原動機と駆動用電動発電機、原動機と駆動用電動発電機の間の結合・分離を制御するクラッチから構成される動力発生機関において、原動機の回転数制御を行うクラッチ伝達トルク制御装置に関する。
車両における動力は、原動機―クラッチ―トランスミッション―ステアリングギア、の各機構を経て車輪（以下「ホイール」と記す）に伝達される。
しかるに原動機の始動時や低速運転時のエンジン回転数が低い領域にあっては、原動機の回転むらがそのままホイールに伝達されて運転に悪影響を与え、車の快適性が損なわれるという問題点がある。
しかるに原動機の始動時や低速運転時のエンジン回転数が低い領域にあっては、原動機の回転むらがそのままホイールに伝達されて運転に悪影響を与え、車の快適性が損なわれるという問題点がある。
これを改善するために、始動時もしくは低速運転時はクラッチを完全に結合せず、半クラッチの状態に制御する方法を採用され、“スリップロックアップ制御装置”が提案されている。（例えば、特許文献１参照）。
このスリップロックアップ制御装置においては、下式で定義されるスリップ量をΔｎとし、
Δｎ＝クラッチ入力回転数−クラッチ出力回転数 ・・・（１）
クラッチ接続中のスリップ量（Δｎ）が０になった場合の、原動機トルク振動がトランスミッションに直接伝達され、運転者にとって著しく不快な現象が伴う問題点について触れているが、スリップ量（Δｎ）の変動がクラッチの摩擦係数（μ）の変動を惹き起し、これに伴い伝達トルクが変動する現象については言及しておらず、それに対する対策については何も為されていないのが現状である。
Δｎ＝クラッチ入力回転数−クラッチ出力回転数 ・・・（１）
クラッチ接続中のスリップ量（Δｎ）が０になった場合の、原動機トルク振動がトランスミッションに直接伝達され、運転者にとって著しく不快な現象が伴う問題点について触れているが、スリップ量（Δｎ）の変動がクラッチの摩擦係数（μ）の変動を惹き起し、これに伴い伝達トルクが変動する現象については言及しておらず、それに対する対策については何も為されていないのが現状である。
本発明は、上記において言及されなかった関係を考慮してなされたもので、半クラッチ中、Δｎを小にする制御によってトルク（Ｔ）変動を少なくし、原動機始動時あるいは低速運転時に車両の滑らかな加速が実現できるという知見からなされたものである。
即ち、本発明の目的は、原動機と駆動用電動発電機からなる車両用ハイブリッドシステムにおいて、摩擦係数（μ）の変動を少なくするクラッチ伝達トルク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の本発明によるハイブリッド車両のクラッチ伝達トルクの制御装置は、原動機制御装置（ＥＣＵ）と、動力伝達機構に接続される少なくとも１つの駆動用電動発電機と駆動用電動発電機回転数検出手段と駆動用電動発電機制御用インバータと、原動機と原動機回転数検出手段と前記原動機の回転数を原動機回転数検出手段によって取り込む前記ＥＣＵによって制御、動作され原動機回転数及び原動機出力トルクの調整を行う原動機制御器と、前記原動機と駆動用電動発電機との間に配置され駆動用電動発電機および原動機の結合、分離を行うクラッチとクラッチ制御器と、から構成される動力発生機関において、前記クラッチがクラッチＯＦＦの状態で、原動機の回転数は、原動機が始動する原動機始動期に急速に上昇し、しかる後、燃焼安定期においてアイドル回転数に保持され、前記原動機始動期及び燃焼安定期の期間に駆動用電動発電機回転数は０から立ち上がり原動機回転数の上昇傾きより小の傾きで上昇し、前記原動機回転数がアイドル回転数から上昇する回転上昇期に、前記クラッチが半クラッチの状態へ移行し、駆動用電動発電機回転数は燃焼安定期から引き続きアイドル回転数未満の範囲で原動機回転数の上昇傾きより小の傾きで上昇し、前記原動機回転数が、駆動用電動発電機回転数と予め設定されたスリップ制限値との和の回転数に至る時点から予め設定された原動機回転数目標に至る迄前記駆動用電動発電機回転数と前記スリップ制限値との和の回転数を維持するように上昇した後、前記原動機回転数目標に保たれるように前記原動機の出力トルクを調節するトルク出力期では、前記クラッチのスリップ量を制限した状態で半クラッチが維持され、前記駆動用電動発電機回転数が前記原動機回転数目標に至ると前記クラッチの完全締結と共に原動機回転数と駆動用電動発電機回転数とが同じ回転数で上昇することを特徴とする。
本発明のクラッチ伝達トルク制御装置によれば、半クラッチ状態における原動機回転数が制御され、１）原動機始動時あるいは、低速運転時における、スリップ中の加速不良や不意の加速変動などハイブリッド車特有の違和感を軽減し、滑らかな加速を実現できる。
２）原動機始動時あるいは低速運転時の運転性能が向上する、の効果が得られる。
２）原動機始動時あるいは低速運転時の運転性能が向上する、の効果が得られる。
以下、図面を参照しながら発明の実施の形態を説明する。
図１は本発明の車両の動力伝達機構図であり、１は原動機、２は原動機本体、３は原動機に付属のインテグレイテッドスタータジェネレーター（ＩＳＧ：Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｓｔａｒｔｅｒ Ｇｅｎｅｒａｔｏｒ）、４はクラッチ、５は駆動用電動発電機、６はトランスミッション、７はバッテリー、８は駆動用電動発電機制御用インバータである。
図１は本発明の車両の動力伝達機構図であり、１は原動機、２は原動機本体、３は原動機に付属のインテグレイテッドスタータジェネレーター（ＩＳＧ：Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｓｔａｒｔｅｒ Ｇｅｎｅｒａｔｏｒ）、４はクラッチ、５は駆動用電動発電機、６はトランスミッション、７はバッテリー、８は駆動用電動発電機制御用インバータである。
図２は、原動機制御装置（ＥＣＵ）１０により車両の回転数が制御される全体図であって、ＩＳＧ付き原動機回転数２０、駆動用電動発電機回転数２２を、各々、原動機回転数検出手段２１、駆動用電動発電機回転数検出手段２３によって取り込み、原動機制御器１１により原動機回転数２０を制御し、原動機始動時或いは低速運転時に好適な運転条件を設定している。
図３は原動機始動時において、原動機回転数目標４２とアイドル回転数４３並びにスリップ制限値４１が与えられて、原動機始動期３０、燃焼安定期３１、回転上昇期３２、トルク出力期３３の運転状態を経過しながら、原動機回転数２０、駆動用電動発電機回転数２２を上昇せしめるグラフであり、グラフ上段はその時のクラッチ押付力３５が、順次、クラッチＯＦＦ３６、半クラッチ３７、完全締結３８の状態に設定されることを示している。
グラフの実線太線で示したように、原動機回転数２０は、原動機１が始動すると急速に上昇し、しかる後、燃焼安定期３１においてアイドル回転数４３に保持される。
この期間の車両の駆動は、本願ハイブリッド車両における駆動用電動発電機５によって行われ、駆動用電動発電機回転数２２は０から立ち上がる。
そして回転上昇期３２に入ると、クラッチ４による半クラッチ３７の結合状態が始まり、原動機１の駆動力が加わる。
この期間の車両の駆動は、本願ハイブリッド車両における駆動用電動発電機５によって行われ、駆動用電動発電機回転数２２は０から立ち上がる。
そして回転上昇期３２に入ると、クラッチ４による半クラッチ３７の結合状態が始まり、原動機１の駆動力が加わる。
しかし、原動機回転数２０は、スリップ量Δｎ（４０）がスリップ制限値４１内に抑えられて上昇し、いったん原動機回転数目標４２に保たれた後、クラッチの完全締結３８と共に原動機回転数２０、駆動用電動発電機回転数２２が同じ大きさで上昇する。
図４は、半クラッチ３７の運転領域において、クラッチの摩擦係数（μ）が、２つの運転パターンによってどのように相違するかを説明するものである。
本発明においては、スリップ量Δｎは
Δｎ＝原動機回転数２０―駆動用電動発電機回転数２２ ・・・・（２）
で表せる。
運転パターン（ａ）は、原動機始動時に所定以上のトルクを出力して、原動機回転数の制御を行なわないため、原動機回転数２０と駆動用電動発電機回転数２２の差、すなわち（２）式のスリップ量Δｎが大きくなる運転である。一方、運転パターン（ｂ）は、原動機始動時、所定以上のトルクを出力するが、スリップ量Δｎが予め定められたスリップ制限値４１を超えないように制御して行う運転である。
本発明においては、スリップ量Δｎは
Δｎ＝原動機回転数２０―駆動用電動発電機回転数２２ ・・・・（２）
で表せる。
運転パターン（ａ）は、原動機始動時に所定以上のトルクを出力して、原動機回転数の制御を行なわないため、原動機回転数２０と駆動用電動発電機回転数２２の差、すなわち（２）式のスリップ量Δｎが大きくなる運転である。一方、運転パターン（ｂ）は、原動機始動時、所定以上のトルクを出力するが、スリップ量Δｎが予め定められたスリップ制限値４１を超えないように制御して行う運転である。
図４において（Ａ）は、原動機１の始動時運転において、運転パターン（ａ）が運転パターン（ｂ）に比べて、原動機回転数２０が大きく変わることを示している。
（Ｂ）は、上記（Ａ）の運転パターン（ａ）、（ｂ）を行った場合の、時間とスリップ量Δｎとの関係を表す図である。運転パターン（ａ）は、運転パターン（ｂ）に比べてΔｎが大きくなる。
（Ｃ）は、スリップ量Δｎとクラッチ摩擦係数（μ）の関係を示すグラフである。
一般に摩擦係数（μ）は、
μ＝ｆ（Δｎ） ・・・・・・（３）
に表されるとおり、スリップ量（Δｎ）の関数である。
しかしその特性に変動があり、スリップ量Δｎが大きくなればなるほど摩擦係数（μ）の変動は大きくなる。
運転パターン（ｂ）においては、予め定められたスリップ制限値４１を超えないようにスリップ量Δｎが制限されるので、摩擦係数（μ）の変動は抑えられる。
一般に摩擦係数（μ）は、
μ＝ｆ（Δｎ） ・・・・・・（３）
に表されるとおり、スリップ量（Δｎ）の関数である。
しかしその特性に変動があり、スリップ量Δｎが大きくなればなるほど摩擦係数（μ）の変動は大きくなる。
運転パターン（ｂ）においては、予め定められたスリップ制限値４１を超えないようにスリップ量Δｎが制限されるので、摩擦係数（μ）の変動は抑えられる。
（Ｄ）は、（Ａ）（Ｂ）（Ｃ）の関係から、原動機始動と共に、摩擦係数（μ）の変動がどのようになるかを示したものである。
運転パターン（ａ）によれば、クラッチ摩擦係数（μ）は時間と共に大きく増加し、変動が大きい。
一方、運転パターン（ｂ）によれば、スリップ量Δｎの大きさを制限した運転を行うので、クラッチ摩擦係数（μ）は時間に対して値の変化が少なくしかも変化幅が平坦になる。
運転パターン（ａ）によれば、クラッチ摩擦係数（μ）は時間と共に大きく増加し、変動が大きい。
一方、運転パターン（ｂ）によれば、スリップ量Δｎの大きさを制限した運転を行うので、クラッチ摩擦係数（μ）は時間に対して値の変化が少なくしかも変化幅が平坦になる。
ところで、車両のクラッチ部分におけるクラッチ伝達トルク（Ｔ）は、（４）式に示すとおり摩擦係数（μ）の関数である。
Ｔ＝ｆ（μ） ・・・・・・（４）
従って、運転パターン（ｂ）の運転を行えば、クラッチ摩擦係数（μ）の変動は少ないので、加速時においてクラッチを経由して駆動用電動発電機側に伝わるトルク（Ｔ）の変動が小さくすることができ、運転員にとって快適な状況となる。
本発明は、運転パターン（ｂ）の実現を目指すものである。
Ｔ＝ｆ（μ） ・・・・・・（４）
従って、運転パターン（ｂ）の運転を行えば、クラッチ摩擦係数（μ）の変動は少ないので、加速時においてクラッチを経由して駆動用電動発電機側に伝わるトルク（Ｔ）の変動が小さくすることができ、運転員にとって快適な状況となる。
本発明は、運転パターン（ｂ）の実現を目指すものである。
以下、本発明の好適な実施例について説明する。
請求項１に係る本発明の実施例１は、原動機１が通常の車両用原動機のみからなる装置に係るものである。
この場合の、半クラッチの結合状態の期間における原動機１の回転数制御法は、運転パターン（ｂ）に従って行い、スリップ制限をかけた図５のグラフに基いて行う。
請求項１に係る本発明の実施例１は、原動機１が通常の車両用原動機のみからなる装置に係るものである。
この場合の、半クラッチの結合状態の期間における原動機１の回転数制御法は、運転パターン（ｂ）に従って行い、スリップ制限をかけた図５のグラフに基いて行う。
即ち、
スリップ制限値４４＞原動機回転数２０―駆動用電動発電機回転数２２＞０
・・・・・（５）
の関係を維持するよう、図２に示す原動機制御装置（ＥＣＵ）１０が、原動機回転数２０、駆動用電動発電機回転数２２を入力して演算を行い、原動機制御器１１を動作させて原動機の出力トルク調整を行う。
この状態におけるスリップ制限値４１は、原動機１が半クラッチの加速時において十分なトルクが得られる範囲で、スリップ量Δｎが制限された小さな値として定められ、なおかつ、原動機回転数２０には脈動があるので、クラッチにおけるスリップ量Δｎが０にならないよう、その制御振幅下限値が駆動用電動発電機回転数２２を上回るように設定する。
実施例１の運転によれば、半クラッチ状態での加速時において、摩擦係数（μ）の変化が少ないので伝達トルクの変動が小さくなり、加速不良や不意の加速変動がない滑らかな運転を実現することができる。
スリップ制限値４４＞原動機回転数２０―駆動用電動発電機回転数２２＞０
・・・・・（５）
の関係を維持するよう、図２に示す原動機制御装置（ＥＣＵ）１０が、原動機回転数２０、駆動用電動発電機回転数２２を入力して演算を行い、原動機制御器１１を動作させて原動機の出力トルク調整を行う。
この状態におけるスリップ制限値４１は、原動機１が半クラッチの加速時において十分なトルクが得られる範囲で、スリップ量Δｎが制限された小さな値として定められ、なおかつ、原動機回転数２０には脈動があるので、クラッチにおけるスリップ量Δｎが０にならないよう、その制御振幅下限値が駆動用電動発電機回転数２２を上回るように設定する。
実施例１の運転によれば、半クラッチ状態での加速時において、摩擦係数（μ）の変化が少ないので伝達トルクの変動が小さくなり、加速不良や不意の加速変動がない滑らかな運転を実現することができる。
一方、請求項２に係る本発明の実施例２は、原動機１が原動機本体２と、これに接続される少なくとも１つのスタータージェネレーターＩＳＧ（Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｓｔａｒｔｅｒ Ｇｅｎｅｒａｔｏｒ）３からなる装置に係るものである。
実施例２は、図６のグラフに基いて行い、
スリップ制限値４６＞ＩＳＧ付き原動機回転数２４―駆動用電動発電機回転数２２＞０
・・・・・（６）
の関係を維持するよう、原動機制御装置（ＥＣＵ）１０が演算を行い、原動機制御器１１を動作させて原動機本体２とＩＳＧ３の出力トルク調整を行い、ＩＳＧ付き原動機回転数２４の制御を行う。
この場合の原動機１の出力トルク調整は、原動機本体２またはＩＳＧ３単独で、あるいは、原動機本体２とＩＳＧ３双方の出力を調整して行う。
スリップ制限値４６に対する条件は、実施例１における場合と同様である。
実施例２においても滑らかな加速を実現できる。
実施例２は、図６のグラフに基いて行い、
スリップ制限値４６＞ＩＳＧ付き原動機回転数２４―駆動用電動発電機回転数２２＞０
・・・・・（６）
の関係を維持するよう、原動機制御装置（ＥＣＵ）１０が演算を行い、原動機制御器１１を動作させて原動機本体２とＩＳＧ３の出力トルク調整を行い、ＩＳＧ付き原動機回転数２４の制御を行う。
この場合の原動機１の出力トルク調整は、原動機本体２またはＩＳＧ３単独で、あるいは、原動機本体２とＩＳＧ３双方の出力を調整して行う。
スリップ制限値４６に対する条件は、実施例１における場合と同様である。
実施例２においても滑らかな加速を実現できる。
このように、実施例１、２のとおり、半クラッチ状態における原動機回転数の制御を、原動機の出力トルクを調整して行えば、原動機回転数に多少のばらつきが生じても、クラッチにおける伝達トルクの変動が少なく抑えられ、車両ホイールの回転数がムラなく滑らかに上昇するので、運転員に違和感（不快感）を与えることが無く加速を行うことができる。
又、上記の制御を行えば、クラッチに無理な力が加わらない運転ができるので、クラッチ特性のラフなものも使用可能であり、クラッチのコストダウンを達成することができる。
尚、上記の運転は、原動機始動時に限られない。原動機の低速運転においても、（５）、（６）式に基いて、スリップ量Δｎをスリップ制限値に抑える制御を行えば、同様の効果が得られることは明らかである。
同様に本発明は、上述の実施例に限られるものではない。本発明の技術的範囲から逸脱しない範囲内で多様に実施変更することが可能である。
本発明は、車両用ハイブリッドシステムの車両の回転数制御装置において、原動機と駆動用電動発電機の間の結合・分離を制御するクラッチに関し、原動機始動時あるいは低速運転時における半クラッチ中のクラッチ伝達トルクの制御性を向上する効果を期待できる。
１ 原動機
２ 原動機本体
３ ＩＳＧ
４ クラッチ
５ 駆動用電動発電機
６ トランスミッション
７ バッテリー
８ インバータ
９ ホイール
１０ 原動機制御装置（ＥＣＵ）
１１ 原動機制御器
１２ クラッチ制御器
２０ 原動機回転数
２１ 原動機回転数検出手段
２２ 駆動用電動発電機回転数
２３ 駆動用電動発電機回転数検出手段
２４ ＩＳＧ付き原動機回転数
３０ 原動機始動期
３１ 燃焼安定期
３２ 回転上昇期
３３ トルク出力期
３５ クラッチ押付力
３６ ＯＦＦ
３７ 半クラッチ
３８ 完全締結
４０ スリップ量
４１ スリップ制限値
４２ 原動機回転数目標
４３ アイドル回転数
４４ スリップ制限値
４５ スリップ中原動機目標回転数
４６ スリップ制限値
４７ スリップ中ＩＳＧ付き原動機目標回転数
２ 原動機本体
３ ＩＳＧ
４ クラッチ
５ 駆動用電動発電機
６ トランスミッション
７ バッテリー
８ インバータ
９ ホイール
１０ 原動機制御装置（ＥＣＵ）
１１ 原動機制御器
１２ クラッチ制御器
２０ 原動機回転数
２１ 原動機回転数検出手段
２２ 駆動用電動発電機回転数
２３ 駆動用電動発電機回転数検出手段
２４ ＩＳＧ付き原動機回転数
３０ 原動機始動期
３１ 燃焼安定期
３２ 回転上昇期
３３ トルク出力期
３５ クラッチ押付力
３６ ＯＦＦ
３７ 半クラッチ
３８ 完全締結
４０ スリップ量
４１ スリップ制限値
４２ 原動機回転数目標
４３ アイドル回転数
４４ スリップ制限値
４５ スリップ中原動機目標回転数
４６ スリップ制限値
４７ スリップ中ＩＳＧ付き原動機目標回転数
Claims (2)
- 原動機制御装置（ＥＣＵ）と、
動力伝達機構に接続される少なくとも１つの駆動用電動発電機と駆動用電動発電機回転数検出手段と駆動用電動発電機制御用インバータと、
原動機と原動機回転数検出手段と前記原動機の回転数を原動機回転数検出手段によって取り込む前記ＥＣＵによって制御、動作され原動機回転数及び原動機出力トルクの調整を行う原動機制御器と、
前記原動機と駆動用電動発電機との間に配置され駆動用電動発電機および原動機の結合、分離を行うクラッチとクラッチ制御器と、から構成される動力発生機関において、
前記クラッチがクラッチＯＦＦの状態で、原動機の回転数は、原動機が始動する原動機始動期に急速に上昇し、しかる後、燃焼安定期においてアイドル回転数に保持され、前記原動機始動期及び燃焼安定期の期間に駆動用電動発電機回転数は０から立ち上がり原動機回転数の上昇傾きより小の傾きで上昇し、
前記原動機回転数がアイドル回転数から上昇する回転上昇期に、前記クラッチが半クラッチの状態へ移行し、駆動用電動発電機回転数は燃焼安定期から引き続きアイドル回転数未満の範囲で原動機回転数の上昇傾きより小の傾きで上昇し、
前記原動機回転数が、駆動用電動発電機回転数と予め設定されたスリップ制限値との和の回転数に至る時点から予め設定された原動機回転数目標に至る迄前記駆動用電動発電機回転数と前記スリップ制限値との和の回転数を維持するように上昇した後、前記原動機回転数目標に保たれるように前記原動機の出力トルクを調節するトルク出力期では、前記クラッチのスリップ量を制限した状態で半クラッチが維持され、
前記駆動用電動発電機回転数が前記原動機回転数目標に至ると前記クラッチの完全締結と共に原動機回転数と駆動用電動発電機回転数とが同じ回転数で上昇することを特徴とするハイブリッド車両のクラッチ伝達トルク制御装置。 - 前記原動機は、原動機本体と原動機本体に接続される少なくとも１つのＩＳＧ（Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｓｔａｒｔｅｒ Ｇｅｎｅｒａｔｏｒ）からなり、
前記原動機回転数は、前記原動機本体または前記ＩＳＧ、あるいは前記原動機本体と前記ＩＳＧの出力トルクを調整して制御することを特徴とする請求項１記載のハイブリッド車両のクラッチ伝達トルク制御装置。
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