JP5333409B2 - 車両の走行制御装置 - Google Patents

Description

この発明は、車両の走行を制御する装置に関する。

冷間状態では、内燃エンジンやオートマチックトランスミッション(自動変速機)の種々の部位のフリクションが高い。そこで特許文献１では、エンジン水温が低いときにはアイドル回転速度を高くすることでエンジンストールを防止している。

特開２００５−９８４４５号公報

本件発明者らは、オートマチックトランスミッションのトルクコンバーターに代えてモータージェネレーターを配置するとともに、モータージェネレーターの前後それぞれに走行モード切替クラッチ及び発進クラッチを配置したハイブリッド車両を開発している。このような車両では、従来技術のように、エンジン水温が低いときにアイドル回転速度を高くしても、発進クラッチを締結するときにエンジンストールを生じる可能性あることを、本件発明者らが知見した。

本発明は、このような従来の問題点に着目してなされたものであり、本発明の目的は、発進クラッチを締結するときであってもエンジンストールを生じさせない車両の走行制御装置を提供することである。

本発明は以下のような解決手段によって前記課題を解決する。

本発明の車両の走行制御装置は、内燃エンジンの冷却水温に基づいて第１アイドル回転速度を演算する第１演算部と、自動変速機の作動液の温度が低いほど大きな第２アイドル回転速度を演算する第２演算部と、を備える。そして、前記第１アイドル回転速度及び前記第２アイドル回転速度のうちいずれか高いほうを目標アイドル回転速度として設定する目標アイドル回転速度設定部と、前記目標アイドル回転速度で前記内燃エンジンを運転して、モータージェネレーター及び駆動輪の間に配置された発進クラッチをスリップ制御する発進クラッチ制御部と、を有することを特徴とする。

本発明によれば、仮に、エンジンがある程度暖機されても、自動変速機の作動液の温度が低いときには、作動液の温度に基づいて高めのアイドル回転速度が設定されるので、自動変速機の入力軸の回転がある程度高い状態に保たれる。そのため、作動液の油圧のオーバーシュートが発生してもエンジンストールを防止できる。

本発明の実施形態、本発明の利点については、添付された図面を参照しながら以下に詳細に説明する。

図１は、本発明による車両の走行制御装置を搭載するハイブリッド車両のパワートレインの一例を示す図である。 図２は、本発明による車両の走行制御装置のコントローラーが実行する制御ロジックのフローチャートである。 図３は、エンジン水温とアイドル回転速度との相関図、及び、ＡＴフルードの油温とアイドル回転速度との相関図である。 図４は、制御ロジックが実行されたときのエンジン回転速度の変動を示すタイムチャートである。 図５は、本発明による車両の走行制御装置を搭載するハイブリッド車両のパワートレインの他の例を示す図である。

図１は、本発明による車両の走行制御装置を搭載するハイブリッド車両のパワートレインの一例を示す図である。

車両１００は、内燃エンジン１及びモータージェネレーター５によって駆動輪２を駆動するいわゆるハイブリッド車両である。ハイブリッド車両１００は、フロントエンジン・リヤホイールドライブである。

図１に示されたハイブリッド車両１００のパワートレインは、内燃エンジン１と、オートマチックトランスミッション(自動変速機)３と、モータージェネレーター５と、を含む。

オートマチックトランスミッション３は、通常の後輪駆動車と同様にエンジン１の車両前後方向後方にタンデムに配置される。

モータージェネレーター５は、エンジン１及びオートマチックトランスミッション３の間に配置される。モータージェネレーター５は、エンジン１（クランクシャフト１ａ）からの回転をオートマチックトランスミッション３の入力軸３ａへ伝達する軸４に結合される。モータージェネレーター５は、車両の運転状態に応じてモーターとして作用するとともにジェネレーター（発電機）としても作用する。

エンジン１及びモータージェネレーター５の間、より詳しくは、エンジンクランクシャフト１ａと軸４との間には、第１クラッチ６が介挿される。第１クラッチ６は、伝達トルク容量を連続的又は段階的に変更可能である。このようなクラッチとしては、たとえば、比例ソレノイドでクラッチ作動油流量及びクラッチ作動油圧を連続的に制御して伝達トルク容量を変更可能な湿式多板クラッチがある。伝達トルク容量がゼロになった状態が、第１クラッチ６が完全に切り離された状態であり、エンジン１及びモータージェネレーター５の間が完全に切り離された状態である。

第１クラッチ６が完全に切り離されると、エンジン１の出力トルクは駆動輪２に伝わらず、モータージェネレーター５の出力トルクだけが駆動輪２に伝わる。この状態で走行するモードが電気走行（ＥＶ）モードである。一方、第１クラッチ６が接続されると、エンジン１の出力トルクも、モータージェネレーター５の出力トルクとともに、駆動輪２に伝わる。この状態で走行するモードがハイブリッド走行（ＨＥＶ）モードである。このように第１クラッチ６の断続によって走行モードが切り替えられる。第１クラッチ６が走行モード切替クラッチである。

モータージェネレーター５及びディファレンシャルギヤ装置８の間、より詳しくは、トランスミッション入力軸３ａとトランスミッション出力軸３ｂとの間には、第２クラッチ７が介挿される。図１では、第２クラッチ７は、オートマチックトランスミッション３に内蔵されている。このような第２クラッチ７は、たとえば、オートマチックトランスミッション３の内部に既存する前進シフト段選択用の摩擦要素又は後退シフト段選択用の摩擦要素を流用することで実現してもよい。第２クラッチ７も第１クラッチ６と同様に、伝達トルク容量を連続的又は段階的に変更可能である。このようなクラッチとしては、たとえば、比例ソレノイドでクラッチ作動油流量及びクラッチ作動油圧を連続的に制御して伝達トルク容量を変更可能な湿式多板クラッチがある。伝達トルク容量がゼロになった状態が、第２クラッチ７が完全に切り離された状態であり、モータージェネレーター５及びディファレンシャルギヤ装置８の間が完全に切り離された状態である。エンジンを始動するときには、第２クラッチ７の伝達トルク容量を小さくしてスリップ制御する。するとエンジン１を始動するときのショックが駆動輪２に伝わりにくくなる。第２クラッチ７が発進クラッチである。

オートマチックトランスミッション３は、たとえば、２００３年１月、日産自動車（株）発行「スカイライン新型車（ＣＶ３５型車）解説書」第Ｃ−９頁〜第Ｃ−２２頁に記載されたと同じものである。オートマチックトランスミッション３は、入力軸３ａとともに回転するオイルポンプを内蔵しており、このオイルポンプのオイル圧によって複数の摩擦要素（クラッチやブレーキ等）を選択的に締結したり解放することで、摩擦要素の締結・解放組み合わせによって伝動系路（シフト段）を決定するものとする。したがってオートマチックトランスミッション３は、入力軸３ａからの回転を選択シフト段に応じたギヤ比で変速して出力軸３ｂに出力する。この出力回転は、ディファレンシャルギヤ装置８によって左右の駆動輪２へ分配して伝達され、車両の走行に供される。ただしオートマチックトランスミッション３は、上記したような有段式のものに限られず、無段変速機であってもよい。

上述した図１のパワートレインにおいては、停車状態からの発進などを含む低負荷・低車速で走行するときは、主として電気走行（ＥＶ）モードで走行する。電気走行（ＥＶ）モードでは、エンジン１からの動力が不要であるので、エンジン１を停止する。そして、第１クラッチ６を解放する。また第２クラッチ７を締結する。さらにオートマチックトランスミッション３を動力伝達状態にする。この状態でモータージェネレーター５を駆動する。するとモータージェネレーター５からの出力回転のみがトランスミッション入力軸３ａに達する。オートマチックトランスミッション３は、入力軸３ａから入力した回転を選択中のシフト段に応じ変速して、トランスミッション出力軸３ｂから出力する。トランスミッション出力軸３ｂから出力された回転は、その後、ディファレンシャルギヤ装置８を経て駆動輪２に至る。このようにして、車両は、モータージェネレーター５のみによって電気走行（ＥＶモード走行）する。

高負荷・高車速で走行するときは、主としてハイブリッド走行（ＨＥＶ）モードで走行する。ハイブリッド走行（ＨＥＶ）モードでは、第１クラッチ６及び第２クラッチ７をともに締結し、オートマチックトランスミッション３を動力伝達状態にする。この状態では、エンジン１からの出力回転及びモータージェネレーター５からの出力回転がトランスミッション入力軸３ａに達する。オートマチックトランスミッション３は、入力軸３ａから入力した回転を選択中のシフト段に応じ変速して、トランスミッション出力軸３ｂから出力する。トランスミッション出力軸３ｂから出力された回転は、その後、ディファレンシャルギヤ装置８を経て駆動輪２に至る。このようにして、車両は、エンジン１及びモータージェネレーター５によってハイブリッド走行（ＨＥＶモード走行）する。またＨＥＶモード走行中に、エンジン１を最適燃費で運転させるとエネルギーが余剰となる場合がある。このような場合には、余剰エネルギーによってモータージェネレーター５を作動させて余剰エネルギーを電力に変換し、この電力をモータージェネレーター５のモーター駆動に用いるよう蓄電する。このようにすることで、エンジン１の燃費が向上する。

停車状態からは、ＷＳＣ(Wet Start Clutch)走行モードで発進する。ＷＳＣ走行モードでは、第１クラッチ６を締結した状態で第２クラッチ７をスリップ制御する。

なお停車状態などを含む低負荷・低車速で走行するときであっても、バッテリーのＳＯＣ(State Of Charge)が低いときなどでは、エンジン１を動力源に含みながら発進し走行する。この場合は、第１クラッチ６が締結された状態でエンジン１が運転することでモータージェネレーター５を作動させて発電電力でバッテリーを充電することができる。なおバッテリーＳＯＣは、バッテリーの満充電容量に対する現在の充電量、すなわち充電率を意味する。

本件発明者らは、オートマチックトランスミッションのトルクコンバーターに代えてモータージェネレーターを配置するとともに、モータージェネレーターの前後それぞれに走行モード切替クラッチ及び発進クラッチを配置したハイブリッド車両を開発している。このような車両では、従来技術のように、エンジン水温が低いときにアイドル回転速度を高くしても、発進クラッチを締結するときにエンジンストールを生じる可能性あることを、本件発明者らが見い出した。

この課題に対して、本件発明者らは鋭意研究を進めることで、外気温が低い状態でエンジンを始動し、エンジンがある程度暖機されてアイドル回転速度が低下したときにエンジンストールが生じやすいことが判明した。

このメカニズムについて、発明者らは以下のように推定する。

エンジンがある程度暖機されてアイドル回転速度が低下しても、大気温が低いときには、オートマチックトランスミッションの作動液(ＡＴフルード)の温度が低いことがある。

オートマチックトランスミッションのクラッチにはガタがある。ドライバーがセレクトレバーを停車レンジから走行レンジに操作すると、クラッチのガタを詰めるために、クラッチに供給される油圧の指令値(目標値)が高めに設定される。このような制御は、プリチャージ制御と呼ばれる。そしてガタが詰まったらクラッチに供給される油圧の指令値が通常状態に変更される。しかしながら、実際の油圧は、通常状態の指令値を一旦超えてオーバーシュートしてから、指令値に遅れて通常状態の目標油圧に収束することとなる。

このとき、第２クラッチ(発進クラッチ)は、完全には締結されていない、いわゆる半クラッチ状態ではあるが、油圧のオーバーシュートによって完全締結状態に近づくように作用する。このとき、入力軸３ａの回転が、停止している出力軸３ｂに引き込まれるように低下してエンジンストールを生じる、ということが発明者らの推定理論である。特にＡＴフルードの油温が低いほど、油圧がオーバーシュートしやすいことが知見された。

そこで本件発明者らは、従来のように単にエンジン水温に基づいてアイドル回転速度を設定するのではなく、ＡＴフルードの油温にも応じてアイドル回転速度を設定するとともに、両アイドル回転速度を比較して、高い方を最終的なアイドル回転速度に設定することに想到したのである。このようにすれば、仮に、エンジンがある程度暖機されても、オートマチックトランスミッションの作動液(ＡＴフルード)の温度が低いときには、ＡＴフルードの温度に基づいて高めのアイドル回転速度が設定される。そのため、入力軸３ａの回転がある程度高い状態に保たれるので、油圧のオーバーシュートが発生してもエンジンストールを防止できるのである。

なお上述のように、ＡＴフルードの油温が低いほど、油圧がオーバーシュートしやすい。そこで、ＡＴフルードの油温が低いほどアイドル回転速度を高く設定することが望ましい。しかしながら、アイドル回転速度が高くなり過ぎると、発進クラッチが過剰に発熱して故障の原因となるおそれがある。そこで発進クラッチの発熱量が過剰とならないように、アイドル回転速度の上限を定めることが望ましい。

以下では、このような技術思想を実現する具体的な構成について説明する。

図２は、本発明による車両の走行制御装置のコントローラーが実行する制御ロジックのフローチャートである。

ステップＳ１においてコントローラーは、エンジンの冷却水温に基づいて第１アイドル回転速度を演算する。具体的にはたとえば図３(Ａ)に示されるマップに、エンジンの冷却水温を適用することで、第１アイドル回転速度を演算すればよい。

ステップＳ２においてコントローラーは、オートマチックトランスミッションの作動液(ＡＴフルード)の温度に基づいて第２アイドル回転速度を演算する。具体的にはたとえば図３(Ｂ)に示されるマップに、ＡＴフルードの油温を適用することで、第２アイドル回転速度を演算すればよい。

ステップＳ３においてコントローラーは、第１アイドル回転速度が第２アイドル回転速度よりも大であるか否かを判定する。コントローラーは、大であればステップＳ４へ処理を移行し、大でなければステップＳ５へ処理を移行する。

ステップＳ４においてコントローラーは、第１アイドル回転速度を目標アイドル回転速度に設定する。

ステップＳ５においてコントローラーは、第２アイドル回転速度を目標アイドル回転速度に設定する。

ステップＳ６においてコントローラーは、目標アイドル回転速度でエンジンを運転して発進クラッチ(第２クラッチ)のスリップ制御を開始する。

図４は、以上の制御ロジックが実行されたときのエンジン回転速度の変動を示すタイムチャートである。

上述のようにして設定した目標アイドル回転速度でエンジンを運転して、図４(Ａ)に示されるように時刻ｔ１でセレクトレバーがＰレンジからＤレンジに操作された場合で説明する。

図４(Ｂ)に示されるように、発進クラッチを締結するために、発進クラッチの指令油圧を大きくするプリチャージ状態になる。この状態では実油圧が指令油圧に遅れて大きくなる。そして指令油圧が徐々に小さくされて時刻ｔ２で通常状態の指令油圧(目標油圧)にされるが、このとき実油圧は指令油圧(目標油圧)を超えてオーバーシュートする。

エンジンの回転速度は、図４(Ｃ)に示されるように変動し、実油圧がオーバーシュートすると、オートマチックトランスミッションの入力軸の回転が、停止している出力軸に引き込まれるように低下する。しかしながら、本実施形態によれば、アイドル回転速度がＡＴフルードの油温に応じて高く設定されているので、エンスト許容回転速度を割り込むことがなく、エンジンストールを生じない。

また本実施形態では、図３(Ｂ)に示されているように、アイドル回転速度の上限が定められており、発進クラッチの発熱量が過剰となることを防止できる。

そして本実施形態のようなオートマチックトランスミッションのトルクコンバーターに代えてモータージェネレーターを配置するとともに、モータージェネレーターの前後それぞれに走行モード切替クラッチ及び発進クラッチを配置したハイブリッド車両では、トルクコンバーターが無いので、発進クラッチを締結するときにエンジンストールを生じやすいが、本実施形態によれば、そのような事態を防止できるのである。

以上、本発明の実施形態について説明したが、上記実施形態は本発明の適用例の一部を示したに過ぎず、本発明の技術的範囲を上記実施形態の具体的構成に限定する趣旨ではない。

たとえば、図１では、モータージェネレーター５及び駆動駆動輪２を切り離し可能に結合する第２クラッチ７は、モータージェネレーター５及び自動変速機３間に介在させるとともに、自動変速機３に内蔵されていた。しかしながらこのような構造に限らず、図５(Ａ)に示されるように、自動変速機３とは別に、自動変速機３の外部に設けられていてもよい。また図５(Ｂ)に示されるように、自動変速機３とディファレンシャルギヤ装置８とのに介在させてもよい。これらのようにしても、上述と同様に機能させることができる。

１００ 車両
１ 内燃エンジン
１ａ クランクシャフト
２ 駆動輪
３ オートマチックトランスミッション(自動変速機)
３ａ 変速機入力軸
３ｂ 変速機出力軸
４ 軸
５ モータージェネレーター
６ 第１クラッチ(走行モード切替クラッチ)
７ 第２クラッチ(発進クラッチ)
ステップＳ１ 第１演算部
ステップＳ２ 第２演算部
ステップＳ３〜５ 目標アイドル回転速度設定部
ステップＳ６ 発進クラッチ制御部

Claims (3)

1. 内燃エンジンの冷却水温に基づいて第１アイドル回転速度を演算する第１演算部と、
   自動変速機の作動液の温度が低いほど大きな第２アイドル回転速度を演算する第２演算部と、
   前記第１アイドル回転速度及び前記第２アイドル回転速度のうちいずれか高いほうを目標アイドル回転速度として設定する目標アイドル回転速度設定部と、
   前記目標アイドル回転速度で前記内燃エンジンを運転して、モータージェネレーター及び駆動輪の間に配置された発進クラッチをスリップ制御する発進クラッチ制御部と、
   を有する車両の走行制御装置。
2. 請求項１に記載の車両の走行制御装置において、
   前記第２演算部は、前記発進クラッチの発熱量が過剰にならないように、アイドル回転速度上限を設けて第２アイドル回転速度を演算する、
   ことを特徴とする車両の走行制御装置。
3. 請求項１又は請求項２に記載の車両の走行制御装置において、
   前記モータージェネレーターは、内燃エンジンと自動変速機との間に配置されるとともに、内燃エンジンに対しては、発進クラッチがスリップ制御されるときに締結される走行モード切替クラッチを介して接続される、
   ことを特徴とする車両の走行制御装置。

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