JP5711256B2 - ハイブリッド車両の急減速制御装置 - Google Patents

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Description

この発明は、動力源としてエンジンとモータとを具備するとともに、両者間にクラッチが設けられたハイブリッド車両の急減速時の制御技術に関する。
車両駆動系としてエンジンと変速機との間にモータ（一般にはモータ／ジェネレータである）が位置し、かつこのモータとエンジンとをクラッチを介して締結・解放可能な形で連結してなるハイブリッド車両が特許文献１等で知られている。
特許文献１には、このようなハイブリッド車両における急減速時の制御が開示されており、このものでは、車両の減速度を検出し、この減速度が所定値以上の急減速であるときに、モータとエンジンとの間のクラッチを解放してエンジンをモータひいては駆動輪から切り離す構成となっている。つまり、車速の低下に伴ってエンジン回転数が過度に低下しストールすることを、予め車両減速度に基づきクラッチを解放することで回避しようとしている。
しかしながら、上記のように急減速時にクラッチの解放のみを行う構成では、油圧を介したクラッチの解放が条件によっては遅れ気味となることがあり、クラッチの引きずりによりエンジン回転数がアイドル回転数以下の共振点（エンジンマウントを含む振動系として共振するエンジン回転数）に引き込まれてしまい、車体フロアの振動が発生する虞がある。
特開２０１０−１４９６３０号公報
本発明の急減速制御装置は、エンジンと駆動輪との間にモータが位置し、かつ上記エンジンと上記モータとがクラッチを介して連結されるハイブリッド車両を前提としている。そして、車両の減速度が所定値以上の急減速であることを判定する急減速判定手段を備えており、さらに、上記クラッチが接続した状態での走行中に上記急減速判定手段が急減速と判定したときに、上記クラッチを解放させるクラッチ解放手段と、上記クラッチが接続した状態での走行中に上記急減速判定手段が急減速と判定したときに、車速低下を待たずに上記エンジンの燃料供給を停止する燃料カット手段と、を備えている。
すなわち、運転者のブレーキ操作などによる車両の急減速時には、エンジンの燃料供給が停止され、かつクラッチが解放される。従って、エンジン回転数が共振点付近にまで引き込まれることによる車体フロアの振動は発生しない。
この発明によれば、車両の急減速時にエンジン回転数が共振点付近に引き込まれることにより生じる車体の振動を確実に回避することができる。
この発明が適用されるハイブリッド車両のパワートレーンの一実施例を示す構成説明図。 この発明が適用されるハイブリッド車両のパワートレーンの変形例を示す構成説明図。 この発明が適用されるハイブリッド車両のパワートレーンのさらに変形例を示す構成説明図。 このパワートレーンの制御システムを示すブロック線図。 この発明の急減速制御の一実施例のフローチャート。 急減速制御の際の各部の挙動を示すタイムチャート。 急減速制御の際の各部の挙動の異なる例を示すタイムチャート。
以下、本発明の一実施例を、図面に基づいて詳細に説明する。
初めに、本発明が適用されるハイブリッド車両の基本的な構成を説明する。図１は、本発明の一実施例としてフロントエンジン・リヤホイールドライブ（FR）式の構成としたハイブリッド車両のパワートレーンを示し、１がエンジン、２が駆動輪（後輪）である。なお、本発明はこのFR形式に限定されるものではなく、FF形式あるいはRR形式等の他の形式としても適用することができる。
図１に示すハイブリッド車両のパワートレーンにおいては、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自動変速機３がタンデムに配置されており、エンジン１（クランクシャフト１ａ）からの回転を自動変速機３の入力軸３aへ伝達するシャフト４に、モータ／ジェネレータ５が一体に設けられている。
モータ／ジェネレータ５は、ロータに永久磁石を用いた同期型モータからなり、モータとして作用（いわゆる「力行」）するとともに、ジェネレータ（発電機）としても作用（いわゆる「回生」）するものであり、上記のようにエンジン１と自動変速機３との間に位置している。そして、このモータ／ジェネレータ５とエンジン１との間、より詳しくは、シャフト４とエンジンクランクシャフト１aとの間に、第１クラッチ６が介挿されており、この第１クラッチ６がエンジン１とモータ／ジェネレータ５との間を切り離し可能に結合している。
ここで上記第１クラッチ６は、伝達トルク容量を連続的に変更可能な構成であり、例えば、比例ソレノイドバルブ等でクラッチ作動油圧を連続的に制御することで伝達トルク容量を変更可能な常閉型の乾式単板クラッチあるいは湿式多板クラッチからなる。
また、モータ／ジェネレータ５と駆動輪２との間、より詳しくは、シャフト４と変速機入力軸３aとの間には、第２クラッチ７が介挿されており、この第２クラッチ７がモータ／ジェネレータ５と自動変速機３との間を切り離し可能に結合している。
上記第２クラッチ７も上記第１クラッチ６と同様に、伝達トルク容量を連続的に変更可能な構成であり、例えば比例ソレノイドバルブでクラッチ作動油圧を連続的に制御することで伝達トルク容量を変更可能な湿式多板クラッチあるいは乾式単板クラッチからなる。
自動変速機３は、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、これら摩擦要素の締結・解放の組み合わせにより、前進７速後進１速等の変速段を実現するものである。つまり、自動変速機３は、入力軸３ａから入力された回転を選択変速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を介して左右の駆動輪（後輪）２へ分配して伝達される。なお、自動変速機３としては、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。
上記のパワートレーンにおいては、モータ／ジェネレータ５の動力のみを動力源として走行する電気自動車走行モード（EVモード）と、エンジン１をモータ／ジェネレータ５とともに動力源に含みながら走行するハイブリッド走行モード（HEVモード）と、が可能である。例えば停車状態からの発進時などを含む低負荷・低車速時には、EVモードが要求されるが、このEVモードでは、エンジン１からの動力が不要であるからこれを停止させておくとともに第１クラッチ６を解放し、かつ第２クラッチ７を締結させておくととともに自動変速機３を動力伝達状態にする。この状態でモータ／ジェネレータ５のみによって車両の走行がなされる。
また例えば高速走行時や大負荷走行時などではHEVモードが要求されるが、このHEVモードでは、第１クラッチ６および第２クラッチ７をともに締結し、自動変速機３を動力伝達状態にする。この状態では、エンジン１からの出力回転およびモータ／ジェネレータ５からの出力回転の双方が変速機入力軸３aに入力されることとなり、双方によるハイブリッド走行がなされる。
上記モータ／ジェネレータ５は、車両減速時に制動エネルギを回生して回収できるほか、HEVモードでは、エンジン１の余剰のエネルギを電力として回収することができる。
なお、上記EVモードからHEVモードへ遷移するときには、第１クラッチ６を締結し、モータ／ジェネレータ５のトルクを用いてエンジン始動が行われる。また、このとき第１クラッチ６の伝達トルク容量を可変制御してスリップ締結させることにより、円滑なモードの遷移が可能である。
また、上記第２クラッチ７は、いわゆる発進クラッチとして機能し、車両発進時に伝達トルク容量を可変制御してスリップ締結させることにより、トルクコンバータを具備しないパワートレーンにあってもトルク変動を吸収し円滑な発進を可能としている。
なお、図１では、モータ／ジェネレータ５から駆動輪２の間に位置する第２クラッチ７が、モータ／ジェネレータ５と自動変速機３との間に介在しているが、図２に示す実施例のように、第２クラッチ７を自動変速機３とディファレンシャルギヤ装置８との間に介在させてもよい。
また、図１および図２の実施例では、第２クラッチ７として専用のものを自動変速機３の前方もしくは後方に具備しているが、これに代えて、第２クラッチ７として、図３に示すように、自動変速機３内にある既存の前進変速段選択用の摩擦要素または後退変速段選択用の摩擦要素などを流用するようにしてもよい。なお、この場合、第２クラッチ７は必ずしも１つの摩擦要素とは限らず、変速段に応じた適宜な摩擦要素が第２クラッチ７となり得る。
図４は、図１〜３のように構成されるハイブリッド車両のパワートレーンにおける制御システムを示している。
この制御システムは、パワートレーンの動作点を統合制御する統合コントローラ２０を備えている。このパワートレーンの動作点は、目標エンジントルクtTeと、目標モータ／ジェネレータトルクtTm（あるいは目標モータ／ジェネレータ回転数tNm）と、第１クラッチ６の目標伝達トルク容量tTc１と、第２クラッチ７の目標伝達トルク容量tTc２と、で規定される。
また、この制御システムは、少なくとも、エンジン回転数Neを検出するエンジン回転センサ１１と、モータ／ジェネレータ回転数Nmを検出するモータ／ジェネレータ回転センサ１２と、変速機入力回転数Niを検出する入力回転センサ１３と、変速機出力回転数Noを検出する出力回転センサ１４と、エンジン１の要求負荷状態を表すアクセルペダル踏み込み量（アクセル開度APO）を検出するアクセル開度センサ１５と、モータ／ジェネレータ５用の電力を蓄電しておくバッテリ９の蓄電状態SOCを検出する蓄電状態センサ１６と、を具備しており、上記動作点の決定のために、これらの検出信号が上記統合コントローラ２０に入力されている。
なお、エンジン回転センサ１１、モータ／ジェネレータ回転センサ１２、入力回転センサ１３、出力回転センサ１４は、例えば図１〜図３に示すように配置される。
上記統合コントローラ２０は、上記の入力情報の中のアクセル開度APOと、バッテリ蓄電状態SOCと、変速機出力回転数No（車速VSP）と、から、運転者が要求している車両の駆動力を実現可能な走行モード（EVモードあるいはHEVモード）を選択するとともに、目標エンジントルクtTe、目標モータ／ジェネレータトルクtTm（あるいは目標モータ／ジェネレータ回転数tNm）、目標第１クラッチ伝達トルク容量tTc１、および目標第２クラッチ伝達トルク容量tTc２、をそれぞれ演算する。
上記目標エンジントルクtTeはエンジンコントローラ２１に供給され、エンジンコントローラ２１は、実際のエンジントルクTeが目標エンジントルクtTeとなるようにエンジン１を制御する。例えば、上記エンジン１はガソリンエンジンからなり、そのスロットルバルブを介してエンジントルクTeが制御される。
一方、上記目標モータ／ジェネレータトルクtTm（あるいは目標モータ／ジェネレータ回転数tNm）はモータ／ジェネレータコントローラ２２に供給され、このモータ／ジェネレータコントローラ２２は、モータ／ジェネレータ５のトルクTm（または回転数Nm）が目標モータ／ジェネレータトルクtTm（または目標モータ／ジェネレータ回転数tNm）となるように、インバータ１０を介してモータ／ジェネレータ５を制御する。
また、上記統合コントローラ２０は、目標第１クラッチ伝達トルク容量tTc1および目標第２クラッチ伝達トルク容量tTc2にそれぞれ対応したソレノイド電流を第１クラッチ６および第２クラッチ７の締結制御ソレノイドバルブ（図示せず）に供給し、第１クラッチ６の伝達トルク容量Tc1が目標伝達トルク容量tTc1に一致するように、また、第２クラッチ７の伝達トルク容量Tc2が目標第２クラッチ伝達トルク容量tTc2に一致するように、第１クラッチ６および第２クラッチ７の締結状態を個々に制御する。
さらに、上記制御システムは、運転者により操作されるブレーキペダルの操作量（BS）を検出するブレーキストロークセンサ３１を備えており、上記統合コントローラ２０は、このブレーキ操作量BSや車速VSPに基づいて目標減速度を演算する。そして、この目標減速度に相当する減速が車両に発生するように、モータ／ジェネレータ５による回生制動力を制御するとともに、図示せぬ各輪のブレーキユニットを制御する。
ここで、上記のような構成において、エンジン１とモータ／ジェネレータ５とが第１クラッチ６によって結合されているHEVモードでの走行中に、減速により車速が低下すると、自動変速機３のギア比で定まる関係でもってエンジン回転数Neも低下する。本発明では、エンジン回転数Neの過度の低下ならびにこれに起因したフロア振動の発生を回避するために、上記統合コントローラ２０において以下のような急減速制御が実行される。
図５は、上記急減速制御の処理の流れを示したフローチャートである。なお、この処理は、例えば運転中に繰り返し実行するようにしてもよく、あるいはブレーキペダルの操作をトリガとしてブレーキペダルの操作中に繰り返し実行するようにしてもよい。
ステップ１では、エンジン１とモータ／ジェネレータ５とが第１クラッチ６によって結合されているHEVモードであるか否か判定する。第１クラッチ６が解放されているEVモードであれば、本ルーチンを終了する。
次に、ステップ２において、モータ／ジェネレータ５と駆動輪２との間に介在する第２クラッチ７がスリップ締結状態であるか否か判定する。第２クラッチ７は、主にモータ／ジェネレータ５から駆動輪２に至る間でのトルク変動の吸収のために、種々の条件において前後の差回転を許容するスリップ締結状態に制御されるのであるが、急減速時に第２クラッチ７がスリップ締結状態であれば、この第２クラッチ７の滑りによってエンジン回転数Neのアイドル回転数以下への引き込みが防止され得る。従って、再始動に伴う電力消費を抑制するために、以下の処理は行わない。
第２クラッチ７が完全締結状態であればステップ２からステップ３へ進み、さらにエンジン１停止のための加重条件として、バッテリ９の蓄電状態SOCやエンジン１の暖機状態などの条件から、エンジン１の再始動に必要なモータトルクを発生することができる状態であるか否かを判定する。例えば、バッテリ９の蓄電状態SOCが不十分である場合などは、エンジン１停止後に再始動が困難となるので、本ルーチンを終了する。
次にステップ４では、車両の減速度が所定の閾値以上であるか否かを判定する。この減速度は、例えば変速機出力回転数Noの変化（換言すれば車速VSPの変化）から演算することができるが、加速度センサ（Gセンサ）を設け、直接に検出するようにしてもよい。また、上記閾値としては、例えば０．３G（加速度としては、−０．３G）程度の固定値とすることができるほか、車速VSPなどを考慮して可変的に設定される値としてもよい。
ここで閾値以上の急減速であると判定した場合には、ステップ５へ進み、走行モードをHEVモードからEVモードへ変更する。具体的には、第１クラッチ６を解放し、かつ同時に、エンジンコントローラ２１を介してエンジン１の燃料供給を停止（いわゆるフューエルカット）する。エンジン１は、例えばガソリンエンジンからなり、筒内あるいは吸気ポートへ向けて燃料を噴射する燃料噴射弁を具備しているが、この燃料噴射弁からの燃料噴射が停止される。従って、この燃料供給の停止は、機械的な遅れや液圧変化などの遅れがなく、制御信号に対し実質的な応答遅れを伴うことなく直ちに達成される。
ステップ６では、車両の減速度が上記の閾値未満となったか否か判定し、さらにステップ７では、加重条件として、ブレーキペダルが解放されたか否かを、ブレーキストロークBSやブレーキ踏力（これはブレーキストロークBSから演算される）あるいは実際のブレーキ油圧などから判定する。またさらに本実施例では、加重条件として、ステップ８において、運転者によりアクセルペダルが踏み込まれたか否かをアクセル開度センサ１５の検出に基づき判定し、これらの３つの条件が成立するまでは、ステップ５に戻り、EVモードでの運転を継続する。
そして、ステップ６，７，８の３つの条件が成立したら、ステップ９へ進み、走行モードを再びEVモードからHEVモードへ変更する。つまり、第１クラッチ６をスリップ締結状態から完全締結状態へと徐々に締結しつつ、モータ／ジェネレータ５によるクランキングを行って、エンジン１を再始動する。なお、ステップ９へ進んだときに、車速VSPやアクセル開度APOから定まる目標の走行モードが既にEVモードへ遷移している場合には、当然のことながら、HEVモードへの切換を行うことなくEVモードがそのまま継続される。
図６は、上記のような急減速制御に基づく各部の挙動の一例を示したタイムチャートであり、図示するように、ブレーキ踏力、車両の減速度、変速機入力回転数Ni（これは車速VSPとギア比とから定まる）、エンジン回転数Ne、第１クラッチ６の解放を指示する指令信号に相当する第１クラッチ解放フラグ、燃料供給の停止を指示する指令信号に相当するＦ／Ｃフラグ、をそれぞれ対比して示している。
この図６の例は、運転者によってブレーキペダルが踏み込まれ、かつ踏み込まれたまま車両が停止に至った場合の状況に対応しているが、図示するようにブレーキペダルが踏み込まれた結果、車両の減速度が急激に増加し、時間Ｔ１において閾値を越えたことで、上述したステップ４により急減速であると判定される。これにより第１クラッチ解放フラグおよびＦ／ＣフラグがＯＮとなり、第１クラッチ６が解放されるとともにエンジン１の燃料供給が停止される。
第１クラッチ６が解放されるまでは変速機入力回転数Niとエンジン回転数Neとは互いに等しいが、第１クラッチ６が解放されることで、変速機入力回転数Niは車速VSPに伴って破線のように低下していき、かつ燃料供給が停止されたエンジン１のエンジン回転数Neは実線のように低下していく。従って、エンジン回転数Neは変速機入力回転数Niとは離れてやはり共振点を通過していくが、この段階では、エンジン１は既に燃焼爆発していない状態であるので、共振によるフロア振動は発生しない。なお、この図６のタイムチャートでは、ブレーキペダルが踏み込まれたままであるので、上記ステップ８におけるHEVモードへの遷移は示されていない。
図７は、タイムチャートの異なる例を示しており、これは、急減速の後、ブレーキペダルが部分的に戻され、ブレーキ踏力が小さいまま車両停止に至った例である。従って、時間Ｔ１において急減速であると判定されて第１クラッチ６の解放ならびに燃料供給の停止が実行された後、減速度が図中に（ａ）で示すように再び閾値を下回ることになる。しかしながら、ブレーキペダルは完全に解放されていないので、上記ステップ７の判定により、EVモードが継続される。つまり図中に（ｂ）で示すように、第１クラッチ６の解放状態ならびに燃料供給の停止状態が維持される。
このように、ブレーキペダルが踏み込まれている状態では、減速度が小さくなってもエンジン１の停止状態が継続されるので、減速度が閾値付近に維持されるような減速操作がなされた場合でも、エンジン１の停止と再始動とを繰り返すハンチングが回避され、無用な再始動による電力消費が抑制される。
またブレーキペダルが解放された後、運転者がアクセルペダルを踏込操作したときにエンジン１が再始動するので、運転者の再発進の意図に沿ったタイミングでエンジン１の再始動がなされ、従って運転者に違和感を与えることがない。
なお、上記実施例では、減速度とブレーキの解放とアクセルペダルの踏込の３つを再始動の条件としているが、いずれか１つあるいは２つを条件として再始動を許可するようにしてもよい。

Claims (4)

  1. エンジンと駆動輪との間にモータが位置し、かつ上記エンジンと上記モータとがクラッチを介して連結されるハイブリッド車両において、
    車両の減速度が所定値以上の急減速であることを判定する急減速判定手段と、
    上記クラッチが接続した状態での走行中に上記急減速判定手段が急減速と判定したときに、上記クラッチを解放させるクラッチ解放手段と、
    上記クラッチが接続した状態での走行中に上記急減速判定手段が急減速と判定したときに、車速低下を待たずに上記エンジンの燃料供給を停止する燃料カット手段と、
    を備え、
    かつ、上記モータから駆動輪に至る間に第２のクラッチが介在しており、
    この第２のクラッチがスリップ締結状態であるときには、上記燃料カット手段は燃料供給の停止を行わないハイブリッド車両の急減速制御装置
  2. 上記減速度が所定値未満となった減速終了後に、運転者によるブレーキの解放を１つの条件としてエンジンの再始動を許可する請求項１に記載のハイブリッド車両の急減速制御装置。
  3. 上記減速度が所定値未満となった減速終了後に、運転者によるアクセル部材の操作を１つの条件としてエンジンの再始動を許可する請求項１または２に記載のハイブリッド車両の急減速制御装置。
  4. エンジン始動に必要なモータトルクを確保できる状態か否かを、少なくともバッテリ充電状態に基づいて判定する始動能力判定手段をさらに有し、
    上記燃料カット手段は、エンジン始動に必要なモータトルクを確保できる状態であることを加重条件として、燃料供給の停止を実行する請求項１〜３のいずれかに記載のハイブリッド車両の急減速制御装置。
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