JP6333533B2 - ハイブリッド車両 - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関とモータとを駆動源とするハイブリッド車両に関する。

例えば、特許文献１には、車両の駆動源として、スタータモータを備えた内燃機関と、発電機能を有する電動機と、を備え、内燃機関と電動機とが第１のクラッチを介して連結され、電動機と変速機とが第２のクラッチを介して連結されたハイブリッド車両が開示されている。この特許文献１のハイブリッド車両においては、上記第１のクラッチと上記第２のクラッチの双方を締結すると、内燃機関の出力トルクを駆動輪に伝達可能となり、上記第１のクラッチを締結せず、上記第２のクラッチのみを締結すると、上記電動機の出力トルクのみを駆動輪に伝達可能となっている。

特開２０１３−１５９３３０号公報

しかしながら、このような特許文献１のハイブリッド車両においては、車両走行中に、第１のクラッチが共振すると、この共振により第１のクラッチが故障してしまう虞がある。

本発明のハイブリッド車両は、駆動源としての内燃機関及びモータと、上記内燃機関と上記モータとの間に介在する第１クラッチと、上記モータと変速機との間に介在する第２クラッチと、を有し、上記第１クラッチの共振判定を行い、該第１クラッチが共振していると判定されると上記内燃機関を停止することを特徴としている。

本発明によれば、第１クラッチの共振が回避され、共振による第１クラッチの故障を回避することができる。

本発明が適用されるハイブリッド車両のシステム構成を示す構成説明図。 ハイブリッド車両のモード切換の特性を示す特性図。 エンジン回転数が所定の共振回転数領域まで低下した際のエンジン回転数及びモータ回転数の変化の一例を示すタイミングチャート。 ハイブリッド車両の制御の流れを示すフローチャート。

以下、この発明の一実施例を図面に基づいて詳細に説明する。

図１は、この発明が適用されるハイブリッド車両の一例としてＦＦ（フロントエンジン／フロントドライブ）型ハイブリッド車両のシステム構成を示す構成説明図である。

このハイブリッド車両は、車両の駆動源として、内燃機関としてのエンジン１とモータとしてのモータジェネレータ２とを備えているとともに、変速機としてベルト式無段変速機３を備えている。エンジン１とモータジェネレータ２との間には、第１クラッチ４が介在し、モータジェネレータ２とベルト式無段変速機３との間には、第２クラッチ５が介在している。

エンジン１は、例えばガソリンエンジンからなり、エンジンコントローラ２１からの制御指令に基づいて、始動制御ならびに停止制御が行われるとともに、スロットルバルブの開度が制御され、かつ燃料カット制御等が行われる。

エンジン１の出力軸とモータジェネレータ２のロータとの間に設けられる第１クラッチ４は、選択された走行モードに応じて、エンジン１をモータジェネレータ２に結合し、あるいは、エンジン１をモータジェネレータ２から切り離すものであり、ＣＶＴコントローラ２２からの制御指令に基づき図外の油圧ユニットにより生成される第１クラッチ油圧によって、締結／解放が制御される。本実施例では、第１クラッチ４は、ノーマルオープン型の構成である。

モータジェネレータ２は、例えば三相交流の同期型モータジェネレータからなり、高電圧バッテリ１２、インバータ１３および強電リレー１４を含む強電回路１１に接続されている。モータジェネレータ２は、モータコントローラ２３からの制御指令に基づき、インバータ１３を介して高電圧バッテリ１２からの電力供給を受けて正のトルクを出力するモータ動作（いわゆる力行）と、トルクを吸収して発電し、インバータ１３を介して高電圧バッテリ１２の充電を行う回生動作と、の双方を行う。

モータジェネレータ２のロータとベルト式無段変速機３の入力軸との間に設けられる第２クラッチ５は、エンジン１およびモータジェネレータ２を含む車両駆動源と駆動輪６（前輪）との間での動力の伝達および切り離しを行うものであり、ＣＶＴコントローラ２２からの制御指令に基づき図外の油圧ユニットにより生成される第２クラッチ油圧によって、締結／解放が制御される。特に、第２クラッチ５は、伝達トルク容量の可変制御により、滑りを伴って動力伝達を行うスリップ締結状態とすることが可能であり、トルクコンバータを具備しない構成において、円滑な発進を可能にするとともに、クリープ走行の実現を図っている。

ここで、第２クラッチ５は、実際には単一の摩擦要素ではなく、ベルト式無段変速機３の入力部に設けられる前後進切換機構における前進クラッチもしくは後退ブレーキが第２クラッチ５として用いられる。ベルト式無段変速機３への入力回転方向を前進走行時の正転方向と後退走行時の逆転方向とに切り換える前後進切換機構は、詳細には図示していないが、遊星歯車機構と、前進走行時に締結される前進クラッチと、後退走行時に締結される後退ブレーキと、を含んでおり、前進走行時には前進クラッチが第２クラッチ５として機能し、後退走行時には後退ブレーキが第２クラッチ５として機能する。第２クラッチ５となる前進クラッチおよび後退ブレーキの双方が解放された状態では、トルク伝達はなされず、モータジェネレータ２のロータとベルト式無段変速機３とが実質的に切り離される。なお、本実施例では、前進クラッチおよび後退ブレーキのいずれもノーマルオープン型の構成である。

ベルト式無段変速機３は、入力側のプライマリプーリと、出力側のセカンダリプーリと、両者間に巻き掛けられた金属製のベルトと、を有し、ＣＶＴコントローラ２２からの制御指令に基づき図外の油圧ユニットにより生成される変速機作動油圧としてのプライマリ油圧とセカンダリ油圧とによって、各プーリのベルト接触半径ひいては変速比が連続的に制御される。ここで、ベルト式無段変速機３の制御には、モータジェネレータ２が故障していなければモータジェネレータ２の回転数を使用し、モータジェネレータ２が故障するとモータジェネレータ２の回転数の代わりにエンジン回転数を使用する。このベルト式無段変速機３の出力軸は、図示せぬ終減速機構を介して駆動輪６に接続されている。

エンジン１は、始動用のスタータモータ１６を具備している。このスタータモータ１６は、モータジェネレータ２に比較して定格電圧が低い直流モータからなり、ＤＣ／ＤＣコンバータ１７および低電圧バッテリ１８、弱電リレー１９等を含む弱電回路１５に接続されている。スタータモータ１６は、エンジンコントローラ２１からの制御指令に基づいて駆動され、エンジン１のクランキングを行う。

低電圧バッテリ１８は、高電圧バッテリ１２を含む強電回路１１からの電力により、ＤＣ／ＤＣコンバータ１７を介して充電される。なお、エンジンコントローラ２１等を含む車両の制御システム、車両の空調装置、オーディオ装置、照明、等には、低電圧バッテリ１８に充電された電力が供給される。また、強電リレー１４及び弱電リレー２０のＯＮ／ＯＦＦは、車両全体の統合制御を行う統合コントローラ２６により制御される。

ハイブリッド車両の制御システムは、上述したエンジンコントローラ２１、ＣＶＴコントローラ２２、モータコントローラ２３、統合コントローラ２６を備えており、これら各コントローラ２１、２２、２３、２３、２６は、情報交換が互いに可能なＣＡＮ通信線２７を介して接続されている。また、アクセル開度センサ３１、エンジン１の回転数を検出するエンジン回転数センサ３２、車速センサ３３、モータジェネレータ２の回転数を検出するモータ回転数センサ３４等の種々のセンサ類を備えており、これらセンサの検出信号が、統合コントローラ２６等の各コントローラに個々にあるいはＣＡＮ通信線２７を介して入力されている。

上記のように構成されたハイブリッド車両は、電気自動車走行モード（以下、「ＥＶモード」という。）と、ハイブリッド走行モード（以下、「ＨＥＶモード」という。）と、駆動トルクコントロール発進モード（以下、「ＷＳＣモード」という。）等の走行モードを有し、車両の運転状態や運転者のアクセル操作等に応じて最適な走行モードが選択される。

「ＥＶモード」は、第１クラッチ４を解放状態とし、モータジェネレータ２のみを駆動源として走行するモードであり、モータ走行モードと回生走行モードとを有する。この「ＥＶモード」は、運転者による要求駆動力が比較的に低いときに選択される。

「ＨＥＶモード」は、第１クラッチ４を締結状態とし、エンジン１とモータジェネレータ２とを駆動源として走行するモードであり、モータアシスト走行モード、走行発電モード、エンジン走行モード、を有する。この「ＨＥＶモード」は、運転者による要求駆動力が比較的大きいとき、および高電圧バッテリ１２の充電状態（ＳＯＣ）や車両の運転状態等に基づくシステムからの要求があったときに選択される。

「ＷＳＣモード」は、主に第１クラッチ４を締結状態とし、エンジン１とモータジェネレータ２とを駆動源として走行する場合であって、特に車両発進時等の車速が比較的低い領域で選択されるモードであり、モータジェネレータ２を回転数制御しつつ第２クラッチ５の伝達トルク容量を可変制御することで、第２クラッチ５をスリップ締結状態とする。この「ＷＳＣモード」により、ベルト式無段変速機３の目標入力回転数がエンジンアイドリング回転数を下回る極低車速であってもエンジン１を駆動源として用いることができる。

図２は、車速ＶＳＰおよびアクセル開度ＡＰＯとに基づく上記の「ＥＶモード」、「ＨＥＶモード」、「ＷＳＣモード」の基本的な切換の特性を示している。図示するように、「ＨＥＶモード」から「ＥＶモード」へ移行する「ＨＥＶ→ＥＶ切換線」と、逆に「ＥＶモード」から「ＨＥＶモード」へ移行する「ＥＶ→ＨＥＶ切換線」と、は適宜なヒステリシスを有するように設定されている。また、所定の車速ＶＳＰ１以下の領域では、「ＷＳＣモード」となる。

また、モータジェネレータ２が故障している場合には、第１クラッチ４を締結してエンジン１のみを駆動源として走行するフェイルセーフモードで走行する。このフェイルセーフモードにおいては、上述したように、ベルト式無段変速機３の制御に、エンジン回転数が使用される。なお、モータジェネレータ２が故障している場合、第２クラッチ５の伝達トルク容量の制御には、エンジン回転数が使用される。モータジェネレータ２が故障していなければ、第２クラッチ５の伝達トルク容量の制御には、エンジン回転数の代わりにモータジェネレータ２の回転数が使用される。

このようなハイブリッド車両において、第１クラッチ４が締結された状態でエンジン回転数が所定の共振回転数領域まで低下すると第１クラッチ４が共振する。すなわち、エンジン回転数が所定の回転数域まで低下すると、エンジンを含む動力伝達系に共振が発生し、エンジン１の回転とモータジェネレータ２の回転の位相差が大きくなる。

そこで、本実施例では、基本的には、エンジン１の回転とモータジェネレータ２の回転の位相差が予め設定された所定値以上になると、第１クラッチ４が共振していると判定している。換言すれば、エンジン回転数とモータ回転数（モータジェネレータ２の回転数）に基づいて第１クラッチ４が共振しているか否かを判定する。このような共振判定は、ハイブリッド車両の運転中、所定時間毎（例えば１０ｍｓ毎）に実施される。

本実施例のハイブリッド車両においては、第１クラッチ４の共振判定を実施し、第１クラッチ４が共振していると判定されると、エンジン１を停止することで、エンジン回転数が所定の共振回転数領域まで低下するような場合でも、第１クラッチ４の共振を回避する。ただし、モータジェネレータ２が故障していなければ、モータジェネレータ２のアシストによりエンジン回転数が所定の最低回転数以下にならないように保持する機能が働き、エンジン回転数が所定の共振回転数領域まで低下しにくくなっている。

図３は、エンジン回転数が所定の共振回転数領域まで低下した際のエンジン回転数及びモータ回転数の変化の一例を示すタイミングチャートである。

モータジェネレータ２が故障しておらず、車両が第１クラッチ４を締結してエンジン１を駆動源として走行しているような場合、特性線Ｒ_E1（実線）と特性線Ｒ_M（細実線）で示すように、エンジン回転数（特性線Ｒ_E1）が所定の共振回転数領域まで低下すると、第１クラッチ４の共振によりモータ回転数（特性線Ｒ_M）が振動し始める。

時刻ｔ１において、エンジン回転数（特性線Ｒ_E1）が上記共振回転数領域に突入するため、モータ回転数（特性線Ｒ_M）が振動し始める。そして、時刻ｔ２のタイミングで、エンジン１の回転とモータジェネレータ２の回転の位相差が予め設定された所定値以上となり、共振有り（第１クラッチ４が共振している）と判定されている。第１クラッチ４が共振していると判定されると、第１クラッチ４を解放するとともに、エンジン１を停止する。これにより、第１クラッチ４の共振を回避することができ、第１クラッチ４を保護することができる。

図３の例では、時刻ｔ２で第１クラッチ４が共振していると判定されると、エンジン１を停止するための準備が開始される。具体的には、第１クラッチ４を解放してからエンジン１を停止する。

第１クラッチ４が共振していると判定された結果停止したエンジン１は、例えば、モータ回転数（特性線Ｒ_M）が共振領域を抜ければ、そのときの運転状況に応じて再始動する。図３の例では、モータ回転数（特性線Ｒ_M）が上記共振回転数領域を脱した後、時刻ｔ３で第１クラッチ４を締結してモータジェネレータ２によりエンジン１をクランキングしている。なお、モータ回転数が上記共振回転数領域を脱した後、走行モードが「ＥＶモード」を維持するような場合には、エンジン１はそのまま停止した状態となる。

一方、上述したフェイルセーフモードで走行中の場合、モータジェネレータ２が故障しており、モータ回転数を測定できないため、エンジン回転数とモータ回転数を用いて第１クラッチ４の共振の有無を判定することができない。

そこで、フェイルセーフモードで走行中の場合には、特性線Ｒ_E2（破線）で示すエンジン回転数が予め設定された所定回転数以下になると、第１クラッチ４が共振していると判定する。

本実施例では、上記共振回転数領域の上限回転数Ｃを上記所定回転数としており、エンジン回転数（特性線Ｒ_E2）が低下して上記所定回転数となる時刻ｔ１のタイミングで、共振有り（第１クラッチ４が共振している）と判定している。

フェイルセーフモード中に共振有りと判定されると、エンジン１を停止する。そして、第２クラッチ５を解放するとともに、強電リレー１４を遮断（ＯＦＦ）して、いわゆるＲＥＡＤＹ−ＯＦＦ状態とする。

つまり、フェイルセーフモード中に第１クラッチ４が共振していると判定されると、車両は停止することになるが、既にモータジェネレータ２が故障している状況でもあるので、第１クラッチ４の故障回避が優先される。

これによって、モータジェネレータ２が故障中で、車両がフェイルセーフモードで走行している場合でも、第１クラッチ４の共振を回避することができ、第１クラッチ４を保護することができる。

図４は、第１クラッチの共振に関わるハイブリッド車両の制御の流れを示すフローチャートである。

Ｓ１では、モータジェネレータ２が故障しているか否かを判定し、モータジェネレータ２が故障している場合にはＳ２へ進み、故障していない場合にはＳ５へ進む。

Ｓ２では、エンジン回転数が低下して所定回転数（共振回転数領域の上限回転数Ｃ）以下となったか否かを判定する。エンジン回転数が所定回転数以下になった場合には、第１クラッチ４が共振していると判定しＳ３へ進む。エンジン回転数が所定回転数以下になっていない場合は、第１クラッチ４が共振していないと判定して今回のルーチンを終了する。

Ｓ２で第１クラッチ４が共振していると判定された場合には、エンジン１を停止し（Ｓ３）し、第２クラッチ４を解放するとともに、強電リレー１４を遮断（ＯＦＦ）して、ＲＥＡＤＹ−ＯＦＦ状態とする（Ｓ４）。

Ｓ５では、エンジン１の回転とモータジェネレータ２の回転の位相差が、予め設定された所定値以上であるか否かを判定する。両者の回転位相差が所定値以上の場合には、Ｓ６へ進む。両者の回転位相差が所定値以上でない場合には、第１クラッチ４が共振していないと判定して今回のルーチンを終了する。

Ｓ５で、エンジン１の回転とモータジェネレータ２の回転の位相差が予め設定された所定値以上であると判定された場合には、第１クラッチ４を解放し（Ｓ６）、エンジン１を停止する（Ｓ７）。

なお、Ｓ５において、車両の走行モードがＥＶモードの場合、エンジン１は停止しているため、見かけの上でエンジン１とモータジェネレータ２の回転位相差が所定値以上と判定されてＳ６へ進むことになるが、この場合には第１クラッチ４に共振があると判定されたわけではなく、実質的にはＥＶモードが単に維持されるだけである。

１…エンジン
２…モータジェネレータ
４…第１クラッチ
５…第２クラッチ
２１…エンジンコントローラ
２２…ＣＶＴコントローラ
２３…モータコントローラ
２６…統合コントローラ
２７…ＣＡＮ通信線
３２…エンジン回転数センサ
３４…モータ回転数センサ

Claims (5)

1. 駆動源としての内燃機関及びモータと、
   上記内燃機関と上記モータとの間に介在する第１クラッチと、
   上記モータと変速機との間に介在する第２クラッチと、を有し、
   上記第１クラッチ及び上記第２クラッチを締結することで上記内燃機関の出力トルクが駆動輪に伝達されるハイブリッド車両において、
   上記第１クラッチの共振判定を行い、該第１クラッチが共振していると判定されると上記内燃機関を停止することを特徴とするハイブリッド車両。
2. 上記モータの故障時においては、上記第１クラッチを締結して上記内燃機関の出力トルクにより車両を駆動するフェイルセーフモードで走行し、
   フェイルセーフモード時に上記内燃機関の機関回転数が予め設定された所定回転数以下になると、上記第１クラッチが共振していると判定し、上記内燃機関を停止するとともに、上記第２クラッチを解放することを特徴とする請求項１に記載のハイブリッド車両。
3. 上記モータの正常時に上記内燃機関を駆動源として走行中には、上記内燃機関の回転と上記モータの回転の位相差が所定値以上になると上記第１クラッチが共振していると判定し、上記第１クラッチを解放するとともに、上記内燃機関を停止することを特徴とする請求項１または２に記載のハイブリッド車両。
4. 上記第２クラッチは、伝達トルク容量を変更可能なものであり、
   上記モータの正常時における上記第２クラッチの伝達トルク容量の制御には、上記モータの回転数が使用され、
   上記モータの故障時における上記第２クラッチの伝達トルク容量の制御には、上記モータの回転数に代わり上記内燃機関の機関回転数が使用されることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のハイブリッド車両。
5. 上記変速機は、複数の変速段を達成可能な自動変速機であって、
   上記モータの正常時における上記変速機の変速比の制御には、上記モータの回転数が使用され、
   上記モータの故障時における上記変速機の変速比の制御には、上記モータの回転数に代わり上記内燃機関の機関回転数が使用されることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のハイブリッド車両。

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