JP5420154B2 - 電子吸気量制御装置が搭載されたハイブリッド電気自動車のエンジントルク制御方法 - Google Patents

Description

本発明は電子吸気量制御装置が搭載されたハイブリッド電気自動車のエンジントルク制御方法に係り、更に詳しくは、ソフトタイプのハイブリッド電気自動車のアイドリングストップを解除した後、車両出発時にエンジンおよびモータに対するトルク制御方法を改善し、車両の出発応答時間を向上させることができるようにした電子吸気量制御装置が搭載されたハイブリッド電気自動車のエンジントルク制御方法に関する。

ハイブリッド電気自動車（ＨＥＶ）は一般のガソリンエンジンに電子吸気量制御装置（ＥＴＣ：Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｔｈｒｏｔｔｌｅ Ｃｏｎｔｒｏｌ）を装着してモータを直結した状態であり、無段変速機（ＣＶＴ：Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓｌｙ Ｖａｒｉａｂｌｅ Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ）を通してタイヤに動力を伝達する形態で構成される。
ハイブリッド電気自動車の挙動はバッテリーの電圧により行われ、走行状況に応じてガソリンエンジンの燃費が最も高くなるように制御し、制動時と減速時に車両の慣性エネルギーをタイヤを通して伝達してモータによる電気エネルギーの回生によりバッテリーを充電させることで既存のガソリンエンジンに比べて燃費を向上することができる。

ハイブリッド電気自動車の目的は燃費および排気性能を改善して親環境車両を具現することにあり、このような親環境車両の目的を完成するために不必要な部分で消耗されるエネルギーの損失を最大限調節する機能が必要である。
エネルギー損失を減らすための方法として、モータ補助を通したエンジンの最適運転点での運転制御、そしてアイドリングストップの制御などの方法を使用する。

アイドリングストップは一般車両と最も区別される制御方法であり、車両停止中にエンジンを停止して不必要な空回転を防止する制御方法を言い、アイドリング状態がなくなることで車両停止状態での燃料消耗も減り、この時に発生する排気ガスもまた減らすことができるため、結局ハイブリッド電気自動車は燃費および排気性能の向上という目的を達成するのに大きく寄与する。

アイドリングストップの機能を具現するためにモータの役割も重要要素となるが、アイドリングストップを解除する際、エンジンの始動を助けて円滑なエンジントルクを形成し、完璧な再始動および車両の発進に関して中枢的な役割を有している。
現在はアイドリングストップの状態が解除された後、モータトルクを生成し、生成されたモータトルクを受けてエンジンが初期インジェクションと点火を行い、エンジントルクを生成する。
この時、生成されたエンジン回転速度とトルクはトランスミッションにオイル圧力の生成を助けてクラッチ油圧を生成し、生成されたクラッチ油圧はクラッチを作動し、最終的に動力をホイールに伝達し、発進のために車両駆動が行われる。

しかし、現在ハイブリッド電気自動車の最も大きな問題点のうちの１つが、一般車両に比べてアイドリングストップの停止状態からの発進時に車両の初期発進速度が遅いという点である。
即ち、発進速度が遅くなる理由は、アイドリングストップが解除されてエンジン回転速度が生成される時間とトランスミッションのオイル圧力を規制してクラッチを制御するオイル圧力が生成される時間が長時間必要とされるためである。
従って、アイドリングストップ状態での車両出発制御はモータ、エンジン、トランスミッションの有機的な制御が必須である。

従来のアイドリングストップ以後、再始動させて発進する際のエンジンおよびモータのトルク制御方法は下記の通りである。
アイドリングストップ以後、車両の再発進時にモータトルクを利用してエンジンの再始動を確保し、エンジントルクが上昇するとともにエンジン回転速度が徐々に上昇して無段変速機油圧を形成し、クラッチの締結を誘導してクラッチが作動して一定時間以降に車速が発生する。
通常、６００ＲＰＭから車速が出るまで約１秒が必要である。
アイドリングストップ以後の車速応答時間の測定基準にはいくつかあるが、一般的にエンジン６００ＲＰＭから車速が発生する時点までとしている。

しかし、従来方式では、アイドリングストップ以後、車両を再始動して出発させる際、下記の問題点が発生している。
トランスミッション制御ユニット（ＴＣＵ：Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）は無段変速機（ＣＶＴ）のクラッチ圧力を適正に維持するとともにトルク伝達を円滑にするためにトルクリダクション（Ｔｏｒｑｕｅ Ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ）というトルクのガイドラインをエンジン制御ユニット（ＥＣＵ：Ｅｎｇｉｎｅ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）およびハイブリッド制御ユニット（ＨＣＵ：Ｈｙｂｒｉｄ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）に伝送するが、初期の始動期間中にはこのようなトルク伝達が不正確で無段変速機入力トルクが不安定となる。
このような不安定なトルクにより、無段変速機に対してもう少し安定的なトルク入力のために過度なトルクリダクション情報をエンジン制御ユニットおよびハイブリッド制御ユニットに再び伝送するようになり、結局アイドリングストップ以後の再発進時に応答遅延現象が発生するという問題点があった。
特開２０００−３２０３６４号公報

本発明は前記のような点を勘案してなされたものであり、ソフトタイプのハイブリッド電気自動車のアイドリングストップを解除した後、車両発進時にエンジンおよびモータに対するトルクの制御方法を改善し、車両の発進応答時間を向上させることができるようにした、電子吸気量制御装置（ＥＴＣ）が搭載されたハイブリッド電気自動車のエンジントルク制御方法を提供することにその目的がある。

前記目的を達成するための本発明は、ハイブリッド制御ユニット（ＨＣＵ：Ｈｙｂｒｉｄ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）からエンジン制御ユニット（ＥＣＵ：Ｅｎｇｉｎｅ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）にトルク制限情報を伝送する段階と、前記トルク制限情報に基づいてエンジンがトルクを出力する段階と、前記エンジンのトルクがクラッチ動作により無段変速機（ＣＶＴ：Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓｌｙ Ｖａｒｉａｂｌｅ Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ）に伝達される段階と、前記無段変速機に入力されたトルク情報を基に、トランスミッション制御ユニット（ＴＣＵ：Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）にてクラッチ制御油圧力を形成する段階と、を含めてなる電子吸気量制御装置（ＥＴＣ）が搭載されたハイブリッド電気自動車のエンジントルク制御方法において、前記ハイブリッド制御ユニット（ＨＣＵ）は、車両がアイドリングストップ状態に進入した時点より継続してエンジン制御ユニット（ＥＣＵ）にエンジン冷却水温別に区分されたトルク制限情報を車載ネットワーク（ＣＡＮ：Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋ）通信を通して伝送し、前記トルク制限情報はトランスミッション制御ユニット（ＴＣＵ）の結合判断時点（クラッチが結合する時点）まで伝送し、前記トランスミッション制御ユニット（ＴＣＵ）から結合が確認されると、前記ハイブリッド制御ユニット（ＨＣＵ）はその演算ロジックを基に定められた時間の傾き（Ｇｒａｄｉｅｎｔ）を有しながらトルク制限を解除し、前記トランスミッション制御ユニット（ＴＣＵ）から予め定められた時間の内に結合情報が受信されない場合、前記ハイブリッド制御ユニット（ＨＣＵ）は、トルク制限を解除した後、再びトルク制限情報を前記トランスミッション制御ユニット（ＴＣＵ）の結合判断時点まで前記エンジン制御ユニット（ＥＣＵ）に伝送することを特徴とする。

本発明による電子吸気量制御装置が搭載されたハイブリッド電気自動車のエンジントルク制御方法によると、ソフトタイプのハイブリッド電気自動車のアイドリングストップを解除した後、車両が発進する際、エンジンおよびモータに対するトルク制御方法をエンジンのトルクが一定の値で出力されるように改善するとともに、トランスミッション制御ユニットはそのトルク情報を基にクラッチ制御油圧力を迅速に増加するように改善することで、アイドリングストップ以後の再出発時の応答遅延現象を大きく減少させることができる。
即ち、ハイブリッド電気車両の短所とされるテイクオフ（Ｔａｋｅ−Ｏｆｆ）時の応答遅延現象を改善し、一般車両と同様な応答性能を確保することができるとともに、渋滞などの場合にも過度な加速ペダル動作を防ぐことができる。

以下、本発明の好ましい実施例を添付図面を参照して詳しく説明する。

図３はハイブリッド電気自動車の制御システムの構成を説明するブロック図である。
本発明によるトルク制御方法が行われるハイブリッド電気自動車は、運転要求検出部１０、エンジン制御ユニット（ＥＣＵ：Ｅｎｇｉｎｅ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）２０、トランスミッション制御ユニット（ＴＣＵ：Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）３０、メインバッテリー（高電圧バッテリー）４０Ａおよび補助バッテリー４０Ｂ、バッテリー充電状態（ＳＯＣ：Ｓｔａｔｅ Ｏｆ Ｃｈａｒｇｅ）を管理するバッテリーマネージメントシステム（ＢＭＳ：Ｂａｔｔｅｒｙ Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ Ｓｙｓｔｅｍ）５０、ハイブリッド制御ユニット（ＨＣＵ：Ｈｙｂｒｉｄ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）６０Ａ、モータ制御ユニット（ＭＣＵ：Ｍｏｔｏｒ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）６０Ｂ、エンジン７０、モータ８０、無段変速機（ＣＶＴ：Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓｌｙ Ｖａｒｉａｂｌｅ Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ）９０および駆動ホイール１００にて構成される。

運転要求検出部１０は、運転者の車両運行要求を検出するものであり、運転者の始動要求と加速に対するアクセルペダル位置センサー（ＡＰＳ）シグナルおよび制動を制御するブレーキペダルシグナルなどの車両の挙動に関連するシグナルを検出し、それに対する電気的情報を出力する。
エンジン制御ユニット２０は、運転者の車両運行要求シグナルおよび冷却水温、エンジントルクなどのエンジン状態情報に従ってエンジン動作に対する諸般的な動作を制御する。
トランスミッション制御ユニット３０は、現在の車速、ギア比、クラッチの状態などの情報を検出して無段変速機９０の出力トルクの調節に対する全般的な動作を制御する。

メインバッテリー４０Ａは、初期始動時のハイブリッドモータによる始動が行われるように電圧を供給し、走行中の状態でモータ８０の出力パワーを支援し、制動制御時に発電機で動作するモータ８０の回生制動エネルギーを回収して充電する。
補助バッテリー４０Ｂは、外気温度の条件およびメインバッテリー４０ＡのＳＯＣが、初期始動不能な条件の場合、始動モータを通して初期始動電圧を供給し、エンジン７０が始動を維持する状態でモータ８０の発電電圧により充電される。

バッテリーマネージメントシステム５０は、メインバッテリー４０Ａの電圧、電流、温度などの情報を総合検出してＳＯＣ状態を管理制御し、モータパワーを支援する際、出力電流量を制御する。
ハイブリッド制御ユニット６０Ａは、各制御機を統合制御して車両の全般的な挙動を制御するが、ハイブリッド制御ユニット６０Ａは、上位制御機にて各制御機を統合制御し、車両の条件がエンジン７０による発電制御のモードであるか、車両の制動制御による回生制動発電モードなのかを判断し、エンジン７０のアイドリング発電制御のモードと判断されると、モータ８０から発電される電圧をインバータなどを通して補助バッテリー４０Ｂに充電制御する。

また、ハイブリッド制御ユニット６０Ａは、アイドリング制御のモードでエアコンシステムの作動可否により発電トルク量の増加および減少量を決定し、運転者の出発意思が検出される場合、車両の加速を補助するために迅速に発電トルクを解除制御する。
ＭＣＵ６０Ｂは、ハイブリッド制御ユニット６０Ａで印加される制御シグナルによりモータ８０に対するトルク制御命令を出力し、モータ８０に動力発生と制動制御時に発電が起きるようにし、バッテリーが常に適正な充電状態を維持する。

更に、初期始動が試みられる場合、好ましくは、補助バッテリー４０Ａの電圧により始動モータが起動される時、補助バッテリー４０Ｂの電圧入力端子とイグニッションキーのスタート入力端子から補助バッテリー４０Ｂの電圧降下を測定し、補助バッテリー４０Ｂの電圧状態をチェックする。
補助バッテリー４０Ｂの電圧状態をチェックした結果、補助バッテリー４０Ｂの電圧状態が始動性を確保することができない電圧と判断される場合、ブレーキペダルによる制動制御時に適切な時間アイドリング停止を制限制御し、更に必要に応じてアイドリング回転速度を一定値以上に増加し、補助バッテリー４０Ｂに始動性が確保される電圧を充電する。

エンジン７０は、上位制御機であるハイブリッド制御ユニット６０Ａの制御を受けるエンジン制御ユニット２０の制御によりその出力が制御され、電子吸気量制御装置を通して吸入空気量が調整される。
モータ８０は、通常、ＢＬＤＣ電動機が適用され、初期走行要求が検出されると条件にしたがってメインバッテリー４０Ａもしくは補助バッテリー４０Ｂの電圧により駆動され、エンジン７０の始動をオンにさせ、エンジン７０の出力により走行時にパワーを支援する。
無段変速機９０は、モータ８０から伝達されるパワーをトランスミッション制御ユニット３０の変速比制御に従って調節し、車動ギアを通して駆動ホイール１００に伝達させて車両が走行できるようにする。
より詳しくは、エンジン制御ユニット２０は、運転者の運行要求シグナルと冷却水温、エンジントルクなどのエンジン状態情報および上位制御機であるハイブリッド制御ユニット６０Ａの制御によりエンジン７０のアイドリング発電トルクを制御する。

以下、本発明のハイブリッド電気自動車のトルク制御方法を説明する。
既存のトルク制御方法において、トランスミッション制御ユニットは無段変速機のクラッチ圧力を適正に維持するとともにトルク伝達を円滑にするためにエンジン冷却水温別に区分されたトルク制限情報をエンジン制御ユニットおよびハイブリッド制御ユニットに伝送するが、初期の始動期間中にはこのようなトルク伝達が不正確で無段変速機入力トルクが不安定となる。
このため、無段変速機に対してもう少し安定的なトルク入力のために過度なトルクリダクション情報をエンジン制御ユニットおよびハイブリッド制御ユニットに再び送付し、結局アイドリングストップ以後の再発進時に応答遅延現象が発生するという問題点があった。

本発明はこのような点を勘案し、アイドリングストップ以後の再発進時間改善のために、まず再発進時に使用されるトルクを一定の値にする方法を提供する。
モータトルクは、ハイブリッド制御ユニットおよびモータ制御ユニットにより自由自在に制御される。エンジンは、初期爆発および初期入力空気量、アクセルペダル（ＡＰＳ）開度量など様々な制約条件が多く、トルク制御に困難があるが、電子吸気量制御装置タイプのスロットルに変わりながらエンジン制御の可能性を確保することができる。

ここで、電子吸気量制御装置タイプのエンジンが搭載されたハイブリッド電気自動車のアイドリングストップ後のトルク制御方法を順番に説明する。
図１は本発明によるハイブリッド電気自動車のアイドリングストップ以後の再始動時のモータおよびエンジントルクの制御方法を説明する制御構成図であり、図２は本発明によるトルク制御方法の中、クラッチ油圧制御方法を説明するグラフである。
まず、ハイブリッド制御ユニット６０Ａからエンジン制御ユニット２０にトルク制御情報を伝送する。
この時、ハイブリッド制御ユニット６０Ａは車両がアイドリングストップ状態に入った場合のみエンジン制御ユニット２０にトルク制御情報を伝送する。

ハイブリッド制御ユニット６０Ａは車両がアイドリングストップ状態に入った直後、エンジンの冷却水温別に区分されたトルク制限情報をＣＡＮ通信を通してエンジン制御ユニット２０に伝送する。
即ち、エンジン制御ユニット２０は、運転者の車両運行要求シグナルおよび冷却水温、エンジントルクなどのエンジン状態情報に従ってエンジンを制御し、ハイブリッド制御ユニット６０Ａは現在のエンジン冷却水温を基にしたトルク制限情報をＣＡＮ通信を通してエンジン制御ユニット２０に伝送する。
この時、トルク制限情報はトランスミッション制御ユニット３０の結合判断時点（クラッチが結合する時点）まで伝送し、トランスミッション制御ユニット３０から結合が確認されると、ハイブリッド制御ユニット６０Ａはその演算ロジックを基本に定められた時間の傾きを持ちながらトルク制限を解除し始める。

反面、トランスミッション制御ユニット３０から結合情報が受信されなければ、ハイブリッド制御ユニット６０Ａは予め定められた時間後にトルク制限を解除し、再びトルク制限情報をトランスミッション制御ユニット３０の結合の判断時点（クラッチが結合する時点）までエンジン制御ユニット２０に伝送する。
次に、エンジン制御ユニット２０では、ハイブリッド制御ユニット６０Ａから受けたトルク制限情報に従い制限されたトルクを出力するようエンジンを制御する。
次いで、制限されたトルクを出力するエンジンの入力トルクがクラッチ動作により無段変速器（ＣＶＴ）９０に伝達されるようにモータ制御ユニット（ＭＣＵ）６０Ｂにより制御される。

従って、トランスミッション制御ユニットは一定の値で入力されるトルク情報を基に可能な限り早くクラッチ制御油圧力を形成することができ、図２に示す通り、クラッチ制御油圧が増加すると同時に油圧形成時間が短縮される。
結局、エンジンのトルクが一定の値に出力されることにより、トランスミッション制御ユニットはそのトルク情報を基にしてクラッチ制御油圧力を迅速に増加させ、アイドリングストップ以後の再発進時に応答遅延現象を大きく減少させることができる。

本発明によるハイブリッド電気自動車のアイドリングストップ以後、再始動する際のモータおよびエンジントルクの制御方法を説明する制御構成図である。 本発明にイおるトルク制御方法の中、クラッチ油圧制御方法を説明するグラフである。 ハイブリッド電気自動車の制御システムの構成を説明するブロック図である。

１０ 運転要求検出部
２０ 電子吸気量制御装置（ＥＣＵ）
３０ トランスミッション制御ユニット（ＴＣＵ）
４０Ａ メインバッテリー
４０Ｂ 補助バッテリー
５０ バッテリーマネージメントシステム（ＢＭＳ）
６０Ａ ハイブリッド制御ユニット（ＨＣＵ）
６０Ｂ モータ制御ユニット（ＭＣＵ）
７０ エンジン
８０ モータ
９０ 無段変速機（ＣＶＴ）
１００ 駆動ホイール

Claims (1)

1. ハイブリッド制御ユニット（ＨＣＵ：Ｈｙｂｒｉｄ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）からエンジン制御ユニット（ＥＣＵ：Ｅｎｇｉｎｅ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）にトルク制限情報を伝送する段階と、
   前記エンジン制御ユニット（ＥＣＵ）で前記ハイブリッド制御ユニット（ＨＣＵ）から受けたトルク制限情報に基づいて制限されたトルクを出力する段階と、
   前記エンジン制御ユニット（ＥＣＵ）の制御により制限されたトルクを出力するエンジンのトルクがクラッチ動作により無段変速機（ＣＶＴ：Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓｌｙ Ｖａｒｉａｂｌｅ Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ）に伝達される段階と、
   前記無段変速機（ＣＶＴ）に入力されたトルク情報を基に、トランスミッション制御ユニット（ＴＣＵ：Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）にてクラッチ制御油圧力を形成する段階と、
   を含めてなる電子吸気量制御装置（ＥＴＣ）が搭載されたハイブリッド電気自動車のエンジントルク制御方法において、
   前記ハイブリッド制御ユニット（ＨＣＵ）は、車両がアイドリングストップ状態に進入した時点より継続してエンジン制御ユニット（ＥＣＵ）にエンジン冷却水温別に区分されたトルク制限情報を車載ネットワーク（ＣＡＮ：Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋ）通信を通して伝送し、
   前記トルク制限情報はトランスミッション制御ユニット（ＴＣＵ）の結合判断時点（クラッチが結合する時点）まで伝送し、前記トランスミッション制御ユニット（ＴＣＵ）から結合が確認されると、前記ハイブリッド制御ユニット（ＨＣＵ）はその演算ロジックを基に定められた時間の傾き（Ｇｒａｄｉｅｎｔ）を有しながらトルク制限を解除し、
   前記トランスミッション制御ユニット（ＴＣＵ）から予め定められた時間の内に結合情報が受信されない場合、前記ハイブリッド制御ユニット（ＨＣＵ）は、トルク制限を解除した後、再びトルク制限情報を前記トランスミッション制御ユニット（ＴＣＵ）の結合判断時点まで前記エンジン制御ユニット（ＥＣＵ）に伝送することを特徴とする電子吸気量制御装置（ＥＴＣ）が搭載されたハイブリッド電気自動車のエンジントルク制御方法。

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