JP6119412B2 - ハイブリッド車の駆動制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、エンジンの動力がクラッチと変速機を介して車輪側に伝達されるハイブリッド車の駆動制御装置に関する発明である。

エンジンを搭載した車両においては、クラッチと変速機の動作をそれぞれアクチュエータ（例えばソレノイド等）で制御して変速機の変速段を自動的に切り換えるＡＭＴ（オートメイテッドマニュアルトランスミッション）を採用したものがある。このＡＭＴを採用したシステムの変速制御では、例えば、変速指令が発生したときに、クラッチを開放して、変速機の変速段を切り換えた後、クラッチを係合するようにしている。その際、クラッチの開放中にエンジンのスロットル開度や点火時期を制御して、エンジン側と変速機側の回転速度差（エンジン回転速度と変速機の入力軸回転速度との差）をある程度小さくしてから、クラッチを係合するようにしたものがある。

また、変速制御に関する技術として、例えば、特許文献１（特表２０１１−５１８７２５号公報）に記載されているように、エンジンと変速機との間にモータを配置すると共にエンジンとモータとの間にクラッチを配置したシステムにおいて、クラッチが係合するときにエンジンの作動範囲内の回転速度で変速機側の入力シャフトを回転させるようにモータを制御することで、エンジンの停止や故障を防止するようにしたものがある。

特表２０１１−５１８７２５号公報

ところで、本出願人は、変速機のアップシフト（現在よりも高速側の変速段への切り換え）の際に、エンジン側と変速機側の回転速度差を小さくするためにエンジンのスロットル開度を全閉にして燃料カットを行うことでエンジン回転速度を低下させるシステムを研究しているが、その研究過程で次のような新たな課題が判明した。変速機のアップシフトの際に、スロットル開度を全閉にして燃料カットを行うと、変速操作の完了後にスロットル開度を増加させて燃料噴射を再開したときに、運転条件によっては空燃比が大きく乱れてエミッション（ＨＣやＮＯ_X ）の排出量が増大してしまう可能性がある。

そこで、本発明が解決しようとする課題は、変速機のアップシフト時のエミッション排出量を低減することができるハイブリッド車の駆動制御装置を提供することにある。

上記課題を解決するために、請求項１に係る発明は、車両の動力源として搭載されたエンジン（１１）とモータジェネレータ（１２）とが動力伝達可能に連結され、エンジン（１１）の動力がクラッチ（１６）と変速機（１３）を介して車輪側に伝達されると共に、クラッチ（１６）の開放中に変速機（１３）の変速段が切り換えられるハイブリッド車の駆動制御装置において、変速機（１３）のアップシフトの際にエンジン（１１）の燃料噴射を継続したままエンジン（１１）の動力でモータジェネレータ（１２）を駆動して該モータジェネレータ（１２）で発電することでエンジン（１１）の回転速度を低下させるエンジン回転低下制御を実行する制御手段（１９）を備え、制御手段（１９）は、エンジン回転低下制御の際にエンジン（１１）のスロットル開度を全閉にしない範囲で減少させてエンジン（１１）の要求燃料噴射量を減少させるとともに、スロットル開度を減少させる際に要求燃料噴射量の下限値に相当するスロットル開度を下限ガード値として設定して該下限ガード値を下回らないようにスロットル開度を制限する構成としたものである。

この構成では、変速機のアップシフトの際に、エンジンの燃料噴射を継続したままエンジンの動力でモータジェネレータを駆動して該モータジェネレータで発電することでエンジンの回転速度を低下させるエンジン回転低下制御を実行する。このようにすれば、アップシフトの際に、モータジェネレータの発電によってエンジンの負荷トルクを増加させてエンジン回転速度を低下させることができる。また、燃料噴射を継続して燃料カットを行わないため、空燃比の乱れを抑制することができ、エミッション（ＨＣやＮＯ_X ）の排出量を低減することができると共に、空燃比の乱れによるドライバビリティの悪化も防止することができる。

また、スロットル開度の減少（燃料噴射量の減少）によるエンジンの出力トルクの減少によってもエンジン回転速度を低下させることができる。さらに、アップシフトの際に、スロットル開度を全閉にして燃料カットを行うシステムに比べて、スロットル開度を減少させて燃料噴射量を減少させるだけでは、エンジン回転速度の低下効果が少なくなるが、本実施例では、モータジェネレータの発電によるエンジンの負荷トルクの増加とスロットル開度の減少によるエンジンの出力トルクの減少の両方の効果によってエンジン回転速度を速やかに低下させることができる。

図１は本発明の一実施例におけるハイブリッド車の駆動制御システムの概略構成を示す図である。 図２はアップシフト時の変速制御ルーチンの処理の流れを示すフローチャートである。 図３はアップシフト時の変速制御の実行例を示すタイムチャートである。

以下、本発明を実施するための形態を具体化した一実施例を説明する。
まず、図１に基づいてハイブリッド車の駆動制御システムの概略構成を説明する。
車両の動力源として内燃機関であるエンジン１１とＭＧ１２（モータジェネレータ）とが搭載されている。エンジン１１の出力軸（クランク軸）の動力がＭＧ１２を介して変速機１３に伝達され、この変速機１３の出力軸の動力がデファレンシャルギヤ機構（図示せず）や車軸１４等を介して車輪１５に伝達される。

ＭＧ１２と変速機１３との間には、動力伝達を断続するためのクラッチ１６が設けられ、このクラッチ１６と変速機１３等からＡＭＴ１７（オートメイテッドマニュアルトランスミッション）が構成されている。このＡＭＴ１７は、クラッチ１６の動作と変速機１３の動作（シフト動作及びセレクト動作）をそれぞれ電磁駆動式又は油圧駆動式のアクチュエータ（図示せず）で制御して変速機１３の変速段を自動的に切り換えるようになっている。

また、エンジン１１とＭＧ１２との間には、動力伝達を断続するための第２のクラッチ１８が設けられている。尚、第２のクラッチ１８を省略して、エンジン１１とＭＧ１２とを常に動力伝達可能に連結した構成としても良い。

ハイブリッドＥＣＵ１９は、車両全体を総合的に制御するコンピュータであり、アクセルセンサ、シフトスイッチ、ブレーキスイッチ、車速センサ等（いずれも図示せず）の各種のセンサやスイッチの出力信号を読み込んで、車両の運転状態を検出する。このハイブリッドＥＣＵ１９は、エンジン１１の運転を制御するエンジンＥＣＵ２０やＡＭＴ１７（クラッチ１６や変速機１３等）を制御するトランスミッションＥＣＵ２１との間で制御信号やデータ信号等を送受信し、車両の運転状態に応じて、ＭＧ１２を制御すると共に、各ＥＣＵ２０，２１によってエンジン１１やＡＭＴ１７を制御する。

その際、ＡＭＴ１７に関する情報（例えば、クラッチ１６の位置、変速機１３のシフト位置やセレクト位置等）を検出するセンサ（図示せず）の出力信号はトランスミッションＥＣＵ２１に入力される。また、エンジン１１に関する情報（例えば、エンジン１１の回転速度、スロットル開度等）を検出するセンサ（図示せず）の出力信号はエンジンＥＣＵ２１に入力され、ＭＧ１２に関する情報（例えば、ＭＧ１２の回転速度等）を検出するセンサ（図示せず）の出力信号はハイブリッドＥＣＵ１９に入力される。

また、本実施例では、ハイブリッドＥＣＵ１９により後述する図２のアップシフト時の変速制御ルーチンを実行することで、アップシフト指令（現在よりも高速側の変速段への変速指令）が発生したときに、クラッチ１６を開放して、変速機１３の変速段を切り換えた後、クラッチ１６を係合する変速制御を実行する。

この変速機１３のアップシフト（現在よりも高速側の変速段への切り換え）の際に、エンジン側と変速機側の回転速度差を小さくするためにスロットル開度（スロットルバルブの開度）を全閉にして燃料カットを行うことでエンジン回転速度を低下させるシステムでは、変速操作の完了後にスロットル開度を増加させて燃料噴射を再開したときに、運転条件によっては空燃比が大きく乱れてエミッション（ＨＣやＮＯ_X ）の排出量が増大してしまう可能性がある（図３の破線参照）。

そこで、本実施例では、変速機１３のアップシフトの際に、エンジン１１の燃料噴射を継続したままエンジン１１の動力でＭＧ１２を駆動してＭＧ１２で発電することでエンジン回転速度を低下させるエンジン回転低下制御を実行する。これにより、ＭＧ１２の発電によってエンジン１１の負荷トルクを増加させてエンジン回転速度を低下させることができる。

更に、本実施例では、エンジン回転低下制御の際にエンジン１１のスロットル開度を全閉にしない範囲で減少させてエンジン１１の要求燃料噴射量を減少させる。これにより、スロットル開度の減少（燃料噴射量の減少）によるエンジン１１の出力トルクの減少によってもエンジン回転速度を低下させることができる。

以下、本実施例でハイブリッドＥＣＵ１９が実行する図２のアップシフト時の変速制御ルーチンの処理内容を説明する。
図２に示すアップシフト時の変速制御ルーチンは、ハイブリッドＥＣＵ１９の電源オン期間中に所定周期で繰り返し実行され、特許請求の範囲でいう制御手段としての役割を果たす。本ルーチンが起動されると、まず、ステップ１０１で、アップシフト指令が発生したか否かを判定する。このステップ１０１で、アップシフト指令が発生していないと判定された場合には、ステップ１０２以降の処理を実行することなく、本ルーチンを終了する。

一方、上記ステップ１０１で、アップシフト指令が発生したと判定された場合には、ステップ１０２に進み、クラッチ１６の開放操作を実行する。この場合、クラッチ１６を開放するようにクラッチ１６のアクチュエータを制御する。

この後、ステップ１０３に進み、エンジン回転速度Ｎe を変速機１３の入力軸回転速度Ｎinよりも少し高い目標回転速度Ｎtg（＝入力軸回転速度Ｎin＋所定値α）に一致させるようにＭＧ１２の回転速度をフィードバック制御するＭＧ回転速度制御を実行する。このＭＧ回転速度制御を実行することによって、エンジン回転速度Ｎe が目標回転速度Ｎtgよりも高い期間は、エンジン１１の燃料噴射を継続したままエンジン１１の動力でＭＧ１２を駆動してＭＧ１２で発電することでエンジン回転速度を低下させるエンジン回転低下制御を実行する。

尚、エンジン１１とＭＧ１２との間に第２のクラッチ１８を備えたシステムの場合には、第２のクラッチ１８を係合した状態でＭＧ回転速度制御を実行する。これにより、エンジン１１とＭＧ１２との間に第２のクラッチ１８を備えたシステムの場合でも、ＭＧ回転速度制御を確実に実行することができる。

この後、ステップ１０４に進み、スロットル減少操作を実行する。この場合、エンジン１１のスロットル開度を全閉にしない範囲で減少させてエンジン１１の要求燃料噴射量を減少させる。

この後、ステップ１０５に進み、要求燃料噴射量の下限値（例えば燃料噴射弁で噴射可能な最小噴射量）に相当するスロットル開度を下限ガード値として設定し、この下限ガード値を下回らないようにスロットル開度を制限する。ここで、下限ガード値は、エンジン運転状態（例えばエンジン回転速度等）に応じてマップ又は数式等により設定する。また、エンジン１１の点火時期の遅角を禁止する。

この後、ステップ１０６に進み、クラッチ１６の位置（クラッチ１６の開放度合）が半クラッチ（入力側と出力側に滑りを発生させながら動力伝達する状態）よりも開放側になったか否かを判定する。このステップ１０６で、クラッチ１６の位置が半クラッチよりも開放側ではないと判定された場合には、上記ステップ１０２に戻る。

その後、上記ステップ１０６で、クラッチ１６の位置が半クラッチよりも開放側になったと判定された時点で、ステップ１０７に進み、変速機１３のＮシフト操作を実行する。この場合、変速機１３のシフト位置をＮ位置（ニュートラル位置）にするように変速機１３のシフト用のアクチュエータを制御する。

この後、ステップ１０８に進み、変速機１３のシフト位置がＮ位置付近に到達したか否かを判定し、変速機１３のシフト位置がＮ位置付近に到達したと判定された時点で、ステップ１０９に進み、変速機１３の変速操作（セレクト及びシフト操作）を実行する。この場合、変速機１３のセレクト位置とシフト位置を目標変速段（アップシフト後の変速段）に相当する位置にするように変速機１３のセレクト用のアクチュエータとシフト用のアクチュエータを制御する。これにより、変速機１３の変速段を目標変速段に切り換える。

この後、ステップ１１０に進み、変速機１３の変速操作が完了したときにスロットル増加操作を実行する。この場合、スロットル開度をアクセル開度等に応じた要求スロットル開度（運転者の要求に応じたスロットル開度）まで増加させる。

この後、ステップ１１１に進み、エンジン回転速度Ｎe と変速機１３の入力軸回転速度Ｎinとの差（Ｎe −Ｎin）が所定範囲内［所定値Ｋ1 ＞（Ｎe −Ｎin）＞所定値Ｋ2 ］であるか否かを判定する。これにより、エンジン回転速度Ｎe が変速機１３の入力軸回転速度Ｎinよりも少しだけ高めで、エンジン回転速度Ｎe と変速機１３の入力軸回転速度Ｎinとの差が小さい状態（エンジン回転速度Ｎe と変速機１３の入力軸回転速度Ｎinとがほぼ一致した状態）であるか否かを判定する。

このステップ１１１で、エンジン回転速度Ｎe と変速機１３の入力軸回転速度Ｎinとの差（Ｎe −Ｎin）が所定範囲外であると判定された場合には、ステップ１１２に進み、エンジン回転速度Ｎe を変速機１３の入力軸回転速度Ｎinよりも少し高い目標回転速度Ｎtgに一致させるようにＭＧ１２の回転速度をフィードバック制御するＭＧ回転速度制御を継続したまま、上記ステップ１１１に戻る。

一方、上記ステップ１１１で、エンジン回転速度Ｎe と変速機１３の入力軸回転速度Ｎinとの差（Ｎe −Ｎin）が所定範囲内であると判定された場合には、ステップ１１３に進み、クラッチ１６の係合操作を実行する。この場合、クラッチ１６を速やかに完全係合するようにクラッチ１６のアクチュエータを制御する。

この後、ステップ１１４に進み、クラッチ１６が完全係合したか否かを判定し、クラッチ１６が完全係合したと判定された時点で、ステップ１１５に進み、ＭＧ回転速度制御を終了する。この後、ステップ１１６に進み、スロットル開度の下限ガード値を解除すると共に、点火時期の遅角禁止を解除する。

次に、図３のタイムチャートを用いて本実施例のアップシフト時の変速制御の実行例を説明する。
運転者の変速要求等によってアップシフト指令が発生した時点ｔ1 で、クラッチ１６の開放操作を実行する。このクラッチ１６の開放操作をトリガーとして、エンジン回転速度Ｎe を変速機１３の入力軸回転速度Ｎinよりも少し高い目標回転速度Ｎtg（＝入力軸回転速度Ｎin＋所定値α）に一致させるようにＭＧ１２の回転速度をフィードバック制御するＭＧ回転速度制御を実行する。このＭＧ回転速度制御を実行することによって、エンジン回転速度Ｎe が目標回転速度Ｎtgよりも高い期間は、エンジン１１の燃料噴射を継続したままエンジン１１の動力でＭＧ１２を駆動してＭＧ１２で発電することでエンジン回転速度を低下させるエンジン回転低下制御を実行する。これにより、ＭＧ１２の発電によってエンジン１１の負荷トルクを増加させてエンジン回転速度を低下させる。

更に、スロットル減少操作を実行して、エンジン１１のスロットル開度を全閉にしない範囲で減少させてエンジン１１の要求燃料噴射量を減少させる。これにより、スロットル開度の減少（燃料噴射量の減少）によるエンジン１１の出力トルクの減少によってもエンジン回転速度を低下させる。この際、要求燃料噴射量の下限値に相当するスロットル開度を下限ガード値として設定し、この下限ガード値を下回らないようにスロットル開度を制限する。また、エンジン１１の点火時期の遅角を禁止する。

その後、クラッチ１６の位置が半クラッチよりも開放側になった時点ｔ2 で、変速機１３のＮシフト操作及び変速操作（セレクト及びシフト操作）を実行して、変速機１３の変速段を目標変速段（アップシフト後の変速段）に切り換える。

変速機１３の変速段の切り換え（変速機１３の変速操作）が完了した時点ｔ3 で、スロットル増加操作を実行して、スロットル開度をアクセル開度等に応じた要求スロットル開度（運転者の要求に応じたスロットル開度）まで増加させる。

更に、エンジン回転速度Ｎe と変速機１３の入力軸回転速度Ｎinとの差（Ｎe −Ｎin）が所定範囲内であれば、エンジン回転速度Ｎe が変速機１３の入力軸回転速度Ｎinよりも少しだけ高めでエンジン回転速度Ｎe と変速機１３の入力軸回転速度Ｎinとの差が小さい状態（エンジン回転速度Ｎe と変速機１３の入力軸回転速度Ｎinとがほぼ一致した状態）であると判断して、その時点で、クラッチ１６の係合操作を実行する。

その後、クラッチ１６が完全係合して変速制御が完了した時点ｔ4 で、ＭＧ回転速度制御を終了する。更に、スロットル開度の下限ガード値を解除すると共に、点火時期の遅角禁止を解除する。

以上説明した本実施例では、変速機１３のアップシフトの際に、エンジン１１の燃料噴射を継続したままエンジン１１の動力でＭＧ１２を駆動してＭＧ１２で発電することでエンジン回転速度を低下させるエンジン回転低下制御を実行するようにしたので、アップシフトの際に、ＭＧ１２の発電によってエンジン１１の負荷トルクを増加させてエンジン回転速度を低下させることができる。また、燃料噴射を継続して燃料カットを行わないため、空燃比の乱れを抑制することができ、エミッション（ＨＣやＮＯ_X ）の排出量を低減することができると共に、空燃比の乱れによるドライバビリティの悪化も防止することができる。また、ＭＧ１２で発電することでバッテリの充電量を増加させることができ、その分、燃費を向上させることができる。

更に、本実施例では、エンジン回転低下制御の際にエンジン１１のスロットル開度を全閉にしない範囲で減少させてエンジン１１の要求燃料噴射量を減少させるようにしたので、スロットル開度の減少（燃料噴射量の減少）によるエンジン１１の出力トルクの減少によってもエンジン回転速度を低下させることができる。また、アップシフトの際に、スロットル開度を全閉にして燃料カットを行うシステムに比べて、スロットル開度を減少させて燃料噴射量を減少させるだけでは、エンジン回転速度の低下効果が少なくなるが、本実施例では、ＭＧ１２の発電によるエンジン１１の負荷トルクの増加とスロットル開度の減少によるエンジン１１の出力トルクの減少の両方の効果によってエンジン回転速度を速やかに低下させることができる。

また、本実施例では、スロットル開度を減少させる際に要求燃料噴射量の下限値（例えば燃料噴射弁で噴射可能な最小噴射量）に相当するスロットル開度を下限ガード値として設定し、この下限ガード値を下回らないようにスロットル開度を制限するようにしたので、要求燃料噴射量が下限値を下回ってしまうことを防止することができる。

更に、本実施例では、変速機１３の変速操作が完了したときにスロットル開度を増加させるようにしたので、変速機１３の変速操作の完了後にスロットル開度を速やかにアクセル開度等に応じた要求スロットル開度（運転者の要求に応じたスロットル開度）に戻すことができる。しかも、スロットル開度の下限ガード値を設けておくことで、要求スロットル開度への復帰を早めることができ、運転者の意思通りの運転に近付けることができる。

また、本実施例では、変速機１３のアップシフトの際にエンジン１１の点火時期の遅角を禁止するようにしたので、点火時期の遅角によってエンジン１１の燃焼が不安定になることを防止して燃焼効率を向上させることができ、燃費を向上させることができる。

尚、上記実施例では、変速機１３のアップシフトの際に、エンジン回転速度を目標回転速度に一致させるようにＭＧ１２の回転速度をフィードバック制御するＭＧ回転速度制御を実行することによってエンジン回転低下制御（エンジン１１の動力でＭＧ１２を駆動してＭＧ１２で発電することでエンジン回転速度を低下させる制御）を実行するようにしたが、エンジン回転低下制御の実行方法は、これに限定されず、例えば、ＭＧ回転速度制御を実行せずに、ＭＧ１２の発電電力を所定値にするようにＭＧ１２を制御することによってエンジン回転低下制御を実行するようにしても良い。

また、上記実施例では、エンジン回転低下制御の際に、エンジン１１の動力でＭＧ１２を駆動することでエンジン１１の負荷トルクを増加させてエンジン回転速度を低下させるようにしたが、更に、エンジン１１の動力で補機（例えばエアコンのコンプレッサ等）を駆動することでエンジン１１の負荷トルクを更に増加させてエンジン回転速度を低下させるようにしても良い。

また、上記実施例では、スロットル開度の下限ガード値を設けることで燃料カットを行わない（スロットル開度を全閉にしない）ようにしたが、これに限定されず、例えば、燃料噴射量の増量や点火時期の遅角によって燃料カットを行わない（スロットル開度を全閉にしない）ようにしても良い。

また、エンジン回転速度が低い領域等ではスロットル開度を全閉にしても燃料カットを行わない場合もあるので、このような場合には、スロットル開度の下限ガード値を解除するようにしても良い。

また、上記実施例では、一つのクラッチを備えたＡＭＴを搭載したシステムに本発明を適用したが、これに限定されず、例えば、二つのクラッチを備えたＤＣＴ（デュアルクラッチトランスミッション）を搭載したシステムや、クラッチとＭＴ（マニュアルトランスミッション）を搭載したシステム等、クラッチと変速機を搭載した種々のシステムに本発明を適用しても良い。

その他、本発明は、図１に示す構成のハイブリッド車に限定されず、車両の動力源として搭載されたエンジンとＭＧとが動力伝達可能に連結された種々の構成のハイブリッド車（例えば複数のＭＧを搭載したハイブリッド車）に適用して実施することができ、また、車両外部の電源からバッテリに充電可能なＰＨＶ車（プラグインハイブリッド車）やスタータとジェネレータ兼用のＭＧを搭載したＩＳＧ（インテグレーテッドスタータジェネレータ）式のハイブリッド車にも適用して実施できる。

１１…エンジン、１２…ＭＧ（モータジェネレータ）、１３…変速機、１６…クラッチ、１７…ＡＭＴ、１９…ハイブリッドＥＣＵ（制御手段）、２０…エンジンＥＣＵ、２１…トランスミッションＥＣＵ

Claims (3)

1. 車両の動力源として搭載されたエンジン（１１）とモータジェネレータ（１２）とが動力伝達可能に連結され、前記エンジン（１１）の動力がクラッチ（１６）と変速機（１３）を介して車輪側に伝達されると共に、前記クラッチ（１６）の開放中に前記変速機（１３）の変速段が切り換えられるハイブリッド車の駆動制御装置において、
   前記変速機（１３）のアップシフトの際に前記エンジン（１１）の燃料噴射を継続したまま前記エンジン（１１）の動力で前記モータジェネレータ（１２）を駆動して該モータジェネレータ（１２）で発電することで前記エンジン（１１）の回転速度を低下させるエンジン回転低下制御を実行する制御手段（１９）を備え、
   前記制御手段（１９）は、前記エンジン回転低下制御の際に前記エンジン（１１）のスロットル開度を全閉にしない範囲で減少させて前記エンジン（１１）の要求燃料噴射量を減少させるとともに、前記スロットル開度を減少させる際に前記要求燃料噴射量の下限値に相当するスロットル開度を下限ガード値として設定して該下限ガード値を下回らないように前記スロットル開度を制限することを特徴とするハイブリッド車の駆動制御装置。
2. 前記制御手段（１９）は、前記変速機（１３）の変速操作が完了したときに前記スロットル開度を増加させることを特徴とする請求項１に記載のハイブリッド車の駆動制御装置。
3. 前記制御手段（１９）は、前記アップシフトの際に前記エンジン（１１）の点火時期の遅角を禁止することを特徴とする請求項１又は２に記載のハイブリッド車の駆動制御装置。

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