JP6409363B2 - ハイブリッド車両の制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、エンジンおよび電動モータを動力源として搭載し、電動モータのみにより走行する電気走行モード（EVモード）と、エンジン及び／又は電動モータにより走行するハイブリッド走行モード（HEVモード）とを選択可能なハイブリッド車両の制御装置に関する。

このようなハイブリッド車両として、例えば特許文献１に記載のようなものが知られている。このハイブリッド車両は、エンジンが無段変速機およびクラッチを順次介して駆動輪に切り離し可能に結合され、電動モータが駆動輪に常時結合されている。また、エンジンに駆動される機械式オイルポンプを備え、無段変速機やクラッチへ油を供給している。

このハイブリッド車両は、エンジンを停止すると共に上記のクラッチを解放することで電動モータのみによるEVモードでの電気走行が可能であり、エンジンを始動させると共に当該クラッチを締結することにより電動モータおよびエンジンによるHEVモードでのハイブリッド走行が可能である。

特開２０００−１９９４４２号公報

しかしながら、上記従来技術にあっては、EVモードからHEVモードに切り替える際のエンジン始動について具体的な手段が開示されておらず、検討の余地があった。例えば、EVモードからHEVモードへの切り替え要求が出されるときの加速意図が明確な場合、変速比をロー側とすることで加速性能を向上することが考えられる。しかし、変速比がロー側の場合、トルクコンバータのタービン側回転数が高くなりやすく、エンジン回転数との差を確保しにくいため、トルクコンバータのトルク増幅作用が得にくい。そこで、エンジンの燃料噴射量を増大してエンジン回転数を高めることが考えられるが、燃費の悪化を招くという問題があった。

本発明は上記課題に着目し、EVモードからHEVモードへの切り替え時に燃費の悪化を招くことなく運転者の加速要求に対する応答性を向上可能なハイブリッド車両の制御装置を提供することを目的とする。

この目的のため、本発明のハイブリッド車両の制御装置では、エンジンと駆動輪との間の動力伝達経路上に介挿されたクラッチと、トルクコンバータと、駆動輪にギヤを介して結合された電動モータと、エンジンに結合された第2電動モータと、を備え、クラッチが解放されたEVモードから、エンジンを始動後にクラッチを締結しエンジンにより走行するHEVモードに切り替えるとき、運転者の要求トルクが所定値以上のときは、クラッチの締結開始後も、第2電動モータによりエンジンの回転数を上昇させることとした。

よって、第2電動モータによりエンジン回転数を上昇させ、トルクコンバータのトルク増幅作用によってクラッチに伝達するトルクを増大させることができる。よって、エンジンへの燃料噴射量を増大させることなくEVモードからHEVモードへの切り替え時における加速性能を向上することができ、燃費の悪化を回避しつつ運転者の加速要求に対する応答性を向上できる。

実施例１のハイブリッド車両の駆動系およびその全体制御システムを示す概略系統図である。 実施例１のハイブリッド車両の制御装置において、走行モードを設定するモードマップである。 実施例１のハイブリッド車両におけるエンジン始動制御処理を表すフローチャートである。 実施例１のハイブリッド車両におけるエンジン始動制御処理の作用を表すタイムチャートである。 トルクコンバータの特性を表す特性図である。

図１は、実施例１のハイブリッド車両の駆動系およびその全体制御システムを示す概略系統図である。図１のハイブリッド車両は、エンジン1および電動モータ2を動力源として搭載され、エンジン1は、スタータモータ3により始動する。また、エンジン1には、始動・発電用モータ3a（以下、SSG3aと記載する。）が設けられている。SSG3aは、一般の車両に搭載されているオルタネータをモータ・ジェネレータに置き換え、このモータ・ジェネレータにオルタネータ機能を加えてエンジン始動機能を付加したものである。スタータモータ3は過酷な環境であってもエンジン始動を達成できるように大きなトルクを発生するため、電力消費が多い。これに対し、エンジン暖気終了後のようなエンジンフリクションが低い場合であれば、比較的小さなトルクでエンジン始動できる。そこで、EVモードからHEVモードへ切り替えるときに所定条件が成立しているときは、SSG3aを用いてエンジン始動を行い、電力消費を抑制する。エンジン1は、トルクコンバータT/Cを介して接続されたVベルト式の無段変速機4を介して駆動輪5に適宜切り離し可能に駆動結合する。

無段変速機4のバリエータCVTは、プライマリプーリ6と、セカンダリプーリ7と、これらプーリ6,7間に掛け渡したVベルト8（無端可撓部材）とからなるVベルト式無段変速機構である。尚、Vベルト8は複数のエレメントを無端ベルトによって束ねる構成を採用したが、チェーン方式等であってもよく特に限定しない。プライマリプーリ6はトルクコンバータT/CとカウンターギヤGCとを介してエンジン1のクランクシャフトに結合し、セカンダリプーリ7はクラッチCLおよびファイナルギヤ組9を順次介して駆動輪5に結合する。トルクコンバータT/Cには、入出力回転数差を許容するコンバータ状態と、入出力回転数が一致するように締結するロックアップ状態とを切り替え可能なロックアップクラッチLUCを有する。尚、本実施例にあっては、エンジン1と駆動輪5との間の動力伝達経路上に介挿され、動力伝達経路を断接する要素（クラッチやブレーキ等）を総称してクラッチと記載する。クラッチCLが締結状態のとき、エンジン1からの動力はトルクコンバータT/C及びカウンターギヤGCを経てプライマリプーリ6へ入力され、その後Vベルト8、セカンダリプーリ7、クラッチCLおよびエンジン側ファイナルギヤ組9を順次経て駆動輪5に達し、ハイブリッド車両の走行に供される。

エンジン動力伝達中、プライマリプーリ6のプーリＶ溝幅を小さくしつつ、セカンダリプーリ7のプーリＶ溝幅を大きくすることで、Vベルト8とプライマリプーリ6との巻き掛け円弧径を大きくすると同時にセカンダリプーリ7との巻き掛け円弧径を小さくする。これにより、バリエータCVTはHigh側プーリ比（High側変速比）へのアップシフトを行う。High側変速比へのアップシフトを限界まで行った場合、変速比は最高変速比に設定される。

逆にプライマリプーリ6のプーリＶ溝幅を大きくしつつ、セカンダリプーリ7のプーリＶ溝幅を小さくすることで、Vベルト8とプライマリプーリ6との巻き掛け円弧径を小さくすると同時にセカンダリプーリ7との巻き掛け円弧径を大きくする。これにより、バリエータCVTはLow側プーリ比（Low側変速比）へのダウンシフトを行う。Low側変速比へのダウンシフトを限界まで行った場合、変速は最低変速比に設定される。

バリエータCVTは、プライマリプーリ6の回転数を検出するプライマリ回転数センサ6aと、セカンダリプーリ7の回転数を検出するセカンダリ回転数センサ7aとを有し、これら両回転数センサにより検出された回転数に基づいて実変速比を算出し、この実変速比が目標変速比となるように各プーリの油圧制御等が行われる。

電動モータ2は電動モータ側ファイナルギヤ組11を介して駆動輪5に常時結合され、この電動モータ2は、バッテリ12の電力によりインバータ13を介して駆動される。
インバータ13は、バッテリ12の直流電力を交流電力に変換して電動モータ2へ供給すると共に、電動モータ2への供給電力を加減することにより、電動モータ2を駆動力制御および回転方向制御する。
なお電動モータ2は、上記のモータ駆動のほかに発電機としても機能し、回生制動の用にも供する。この回生制動時はインバータ13が、電動モータ2に回生制動力分の発電負荷をかけることにより、電動モータ2を発電機として作用させ、電動モータ2の発電電力をバッテリ12に蓄電する。

実施例１のハイブリッド車両は、クラッチCLを解放すると共にエンジン1を停止させた状態で電動モータ2を駆動すると、電動モータ2の動力のみが電動モータ側ファイナルギヤ組11を経て駆動輪5に達し、電動モータ2のみによる電気走行モード（EVモード）で走行を行う。この間、クラッチCLを解放することで、停止状態のエンジン1及びバリエータCVTのフリクションを低減し、EV走行中の無駄な電力消費を抑制する。

上記のEVモードによる走行状態において、エンジン1をSSG3aにより始動させると共にクラッチCLを締結させると、エンジン1からの動力がトルクコンバータT/C、プライマリプーリ6、Vベルト8、セカンダリプーリ7、クラッチCLおよびエンジン側ファイナルギヤ組9を順次経て駆動輪5に達するようになり、ハイブリッド車両はエンジン1および電動モータ2によるハイブリッド走行モード（HEVモード）で走行する。HEVモードには、エンジン1のトルクと電動モータ2のトルクを併用して走行する併用走行モードと、電動モータ2のトルクは使用せずエンジントルクのみを用いて走行するエンジン単独走行モードとを有する。

ハイブリッド車両を上記の走行状態から停車させる、もしくは、この停車状態に保つに際しては、駆動輪5と共に回転するブレーキディスク14をキャリパ15により挟圧して制動することで目的を達する。キャリパ15は、運転者が踏み込むブレーキペダル16の踏力に応動する負圧式ブレーキブースタ17による倍力下で、ブレーキペダル踏力対応のブレーキ液圧を出力するマスタシリンダ18に接続されている。マスタシリンダ18により発生したブレーキ液圧によりキャリパ15を作動させてブレーキディスク14の制動を行う。ハイブリッド車両はEVモードおよびHEVモードのいずれにおいても、運転者がアクセルペダル19を踏み込んで指令する駆動力指令に応じたトルクで車輪5を駆動し、運転者の要求に応じたトルクをもって走行する。

ハイブリッドコントローラ21は、ハイブリッド車両の走行モード選択と、エンジン1の出力制御と、スタータモータ3及びSSG3aの出力制御と、電動モータ2の回転方向制御および出力制御と、バリエータCVTの変速制御と、クラッチCLの締結、解放制御と、バッテリ12の充放電制御とを実行する。このとき、ハイブリッドコントローラ21は、対応するエンジンコントローラ22、モータコントローラ23、変速機コントローラ24、およびバッテリコントローラ25を介してこれら制御を行う。

ハイブリッドコントローラ21には、ブレーキペダル16を踏み込む制動時にOFFからONに切り替わる常開スイッチであるブレーキスイッチ26からの信号と、アクセルペダル踏み込み量（アクセルペダル開度）APOを検出するアクセルペダル開度センサ27からの信号とが入力される。ハイブリッドコントローラ21は更に、エンジンコントローラ22、モータコントローラ23、変速機コントローラ24、およびバッテリコントローラ25との間で、内部情報のやり取りを行う。

エンジンコントローラ22は、ハイブリッドコントローラ21からの指令に応答して、エンジン1を出力制御すると共にスタータモータ3及びSSG3aを出力制御し、モータコントローラ23は、ハイブリッドコントローラ21からの指令に応答してインバータ13を介し電動モータ2の回転方向制御および出力制御を行う。変速機コントローラ24は、ハイブリッドコントローラ21からの指令に応答し、エンジン駆動される機械式オイルポンプO/P（もしくはポンプ用モータに駆動される電動式オイルポンプEO/P）からのオイルを媒体として、バリエータCVTの変速制御及びクラッチCLの締結、解放制御を行う。バッテリコントローラ25は、ハイブリッドコントローラ21からの指令に応答し、バッテリ12の充放電制御を行う。

図２は実施例１のハイブリッド車両の制御装置において、走行モードを設定するモードマップである。モードマップは、横軸に車速VSPが設定され、縦軸にアクセルペダル開度APOに応じて算出された要求トルクが設定されている。車速がVSP1以下であって、低要求トルク領域には、電動モータ2のみで走行するEVモードが設定されている。また、それ以外の領域には、HEVモードが設定され、このHEVモードには、エンジン1のみを動力源として走行するエンジン単独走行モードと、エンジン1のトルクに加えて電動モータ2のトルクを付加する併用走行モードとを有する。

（EVモードからHEVモードへの切り替え時におけるエンジン始動制御処理）
図３は実施例１のハイブリッド車両におけるエンジン始動制御処理を表すフローチャートである。
ステップS1では、EVモードからHEVモードへの切り替え要求があるか否かを判断し、切り替え要求があるときはステップS2に進み、それ以外の場合は本制御フローを終了する。
ステップS2では、要求トルクが所定値以上か否かを判断し、所定値以上の場合はステップS5へ進み、所定値未満の場合はステップS3に進む。ここで、所定値とは、運転者の加速要求が高いと考えられる所定値であり、例えば要求トルクが図２に示す（Eng＋MG）併用領域か否かで判断する。
ステップS3では、エンジン始動処理を実施する。エンジン始動処理では、SSG3aをエンジン完爆が確認されるまで正トルクで駆動する処理である。エンジン完爆判定は、エンジン回転数から決定してもよいし、予め設定された所定時間の経過によって決定してもよい。
ステップS4では、SSG3aの正トルク出力を停止する。

ステップS5では、エンジン始動処理を実施する。
ステップS6では、SSG3aの正トルク出力を継続する。尚、正トルク出力を継続する際、エンジンクランキング時に出力するトルク値よりも低い所定トルク値とする。エンジン完爆後であれば、エンジン回転数を上昇させるために必要なトルクはエンジンクランキング時に比べて低いからである。
ステップS7では、クラッチ締結処理を実行する。クラッチ締結処理とは、EVモード走行時に解放されていたクラッチCLの締結トルク容量を徐々に増大させ、最終的に完全締結に移行させる処理である。
ステップS8では、クラッチCLが完全締結したか否かを判定し、完全締結した場合はステップS9に進み、完全締結していない場合はステップS7に戻ってクラッチ締結処理を継続する。
ステップS9では、SSG3aが作動中か否かを判断し、作動中であればステップS10に進んでSSG3aをOFFし、作動を停止していれば本制御フローを終了する。

（エンジン始動制御処理による作用）
図４は実施例１のハイブリッド車両におけるエンジン始動制御処理の作用を表すタイムチャートである。図４中、実線が実施例１のエンジン始動制御処理において、要求トルクが所定値以上の場合を表すタイムチャートを示し、点線が実施例１のエンジン始動制御処理において、要求トルクが所定値未満の場合を表すタイムチャートを示す。このタイムチャートでは、HEVモードによる定速走行状態から開始する。タイムチャート中、タービン回転数はトルクコンバータT/Cの出力側回転数を表し、この出力側回転数は変速比が一定の場合、クラッチCLの入力側回転数と相関を持つ。速度比はトルクコンバータT/Cの出力側回転数を入力側回転数で割った値であり、入力側回転数とはエンジン回転数に相当する。トルク比とは、トルクコンバータT/Cの出力トルクを入力トルク（エンジントルクに相当）で割った値であり、トルク増幅作用を表す。

時刻ｔ１において、運転者がアクセルペダルを離して減速を開始すると、HEVモードからEV回生モードに切り替えられる。これに伴い、変速比はLow側に向けてダウンシフトし、クラッチCLを解放し、エンジン1の燃料噴射を終了する。タービン回転数は、クラッチCLの解放によってバリエータCVTの回転数が低下するため、減少する。速度比は、クラッチCLの解放によってバリエータCVTの回転数が低下するため、減少する。トルク比は、エンジントルクの低下によって一旦上昇し、クラッチCLの解放によってトルクコンバータT/Cの出力側トルクが０となって、一気に０まで低下する。そして、時刻ｔ２において、車両が停止する。
時刻ｔ３において、運転者がアクセルペダルを踏み込み、車両が発進する。

時刻ｔ４において、EVモードからHEVモードへの切り替え要求が出力されると、SSG3aによりエンジンクランキングが開始され、エンジン1を始動する。このとき、クラッチCLは解放されているため、エンジン回転数の上昇に伴ってバリエータCVTも僅かに連れまわり、タービン回転数が僅かに上昇する。それに伴って、速度比も僅かに上昇し、トルク比は一気に立ち上がる。

（要求トルクが所定値未満の場合）
ここで、要求トルクが所定値未満の場合、図４中の点線で示すように、時刻ｔ５においてエンジン1が完爆すると、SSG3aを停止する。
時刻ｔ６においてクラッチCLが締結容量を持ち始めると、この締結容量に応じた負荷によってエンジン回転数が引き下げられる。この時点では、ある程度車速が出ているため、クラッチCLの締結容量の増大に伴ってタービン回転数は上昇する。図５はトルクコンバータの特性を表す特性図である。トルクコンバータT/Cは、速度比が上昇すると、トルク比が低下する関係にある。よって、速度比は上昇し、トルク比は低下する。このため、トルクコンバータT/Cのトルク増幅作用は十分に機能しない状態で車両の走行が行われる。

（要求トルクが所定値以上の場合）
一方、要求トルクが所定値以上の場合、図４中の実線で示すように、時刻ｔ５においてエンジン1が完爆した後も、SSG3aの作動を継続する。尚、SSG3aの作動はエンジン回転数を上昇させることが目的であることから、エンジンクランキング時よりも低めのトルクで作動を継続する。
時刻ｔ６においてクラッチCLが締結容量を持ち始めると、この締結容量に応じた負荷によってエンジン回転数を引き下げるトルクが作用することになるが、SSG3aの作用によってエンジン回転数の低下が抑制される。よって、速度比の上昇が抑制され、トルク比を高めに維持できる。このため、トルクコンバータT/Cのトルク増幅作用を得ることができるため、車両加速度を上昇させることができ、タービン回転数も車速の上昇に伴って上昇する。
時刻ｔ７において、クラッチCLが完全締結すると、SSG3aの作動を停止し、通常のHEVモードにより走行する。このとき、SSG3aの作動を停止した図４中の点線に示す場合に比べて発進性能を向上できる。

以上説明したように、実施例１にあっては下記に列挙する作用効果が得られる。
(1)エンジン1と、エンジン1と駆動輪5との間の動力伝達経路上に介挿されたクラッチCLと、エンジン1とクラッチCLとの間の動力伝達経路上に介挿されたトルクコンバータT/Cと、駆動輪5にギヤを介して結合された電動モー2タと、エンジン1に結合されたSSG3a（第2電動モータ）と、運転状態に応じてエンジン1，電動モータ2及びSSG3aの出力とクラッチCLの締結／解放とを制御するハイブリッドコントローラ21（制御手段）と、を備えたハイブリッド車両の制御装置において、ハイブリッドコントローラ21は、クラッチCLが解放され電動モータ2により走行しているEVモード（電気走行モード）から、クラッチCLを締結しエンジン1により走行するHEVモード（ハイブリッドモード）に切り替えるとき、運転者の要求トルクが所定値以上のときはSSG3aによりエンジン1の回転数を上昇させる。
よって、SSG3aによりエンジン回転数を上昇させ、トルクコンバータのトルク増幅作用によってクラッチCLに伝達するトルクを増大させることができる。よって、エンジン1への燃料噴射量を増大させることなくEVモードからHEVモードへの切り替え時における加速性能を向上することができ、燃費の悪化を回避しつつ運転者の加速要求に対する応答性を向上できる。

(2)SSG3aは、エンジン1のトルクにより発電するオルタネータ機能と、エンジンのクランキングを行うエンジン始動機能とを有する始動・発電用モータである。
よって、スタータモータ3のように大電流を必要とするモータを駆動する必要が無く、エネルギ効率を高めることができる。また、SSG3aが樹脂製ベルト等を介してエンジンと常時連結されている場合、クランキング時にギヤの噛合いに伴う異音を抑制でき、運転者に与える違和感を抑制できる。

(3)エンジン1のクランキングを行うスタータモータ3を有する。走行条件の厳しい環境、例えば極低温時ではエンジンフリクションが大きく、低容量モータでは十分なエンジン始動性を確保できない場合がある。これに対し、スタータモータ3を別途備えることで、厳しい環境下でもエンジン1を始動できる。

以上、実施例に基づいて本発明を説明したが、上記構成に限らず他の構成を採用してもよい。例えば、実施例１ではSSG3aでエンジンクランキングを行うこととしたが、スタータモータ3によりエンジンクランキングを行いつつ、SSG3aを途中から作動させることでエンジン回転数を上昇させてもよい。

1 エンジン
2 電動モータ
3 スタータモータ
3a SSG（始動・発電用モータ）
4 Vベルト式無段変速機
5 駆動輪
CVT バリエータ（無段変速機構）
T/C トルクコンバータ
21 ハイブリッドコントローラ
22 エンジンコントローラ
23 モータコントローラ
24 変速機コントローラ
25 バッテリコントローラ
CL クラッチ

Claims (3)

1. エンジンと、
   前記エンジンと駆動輪との間の動力伝達経路上に介挿されたクラッチと、
   前記エンジンと前記クラッチとの間の動力伝達経路上に介挿されたトルクコンバータと、
   前記駆動輪にギヤを介して結合された電動モータと、
   前記エンジンに結合された第2電動モータと、
   運転状態に応じて前記エンジン，前記電動モータ及び前記第2電動モータの出力と前記クラッチの締結／解放とを制御する制御手段と、
   を備えたハイブリッド車両の制御装置において、
   前記制御手段は、前記クラッチが解放され前記電動モータにより走行している電気走行モードから、前記エンジンを始動後に前記クラッチを締結し前記エンジンにより走行するハイブリッドモードに切り替えるとき、運転者の要求トルクが所定値以上のときは、前記クラッチの締結開始後も、前記第2電動モータにより前記エンジンの回転数を上昇させることを特徴とするハイブリッド車両の制御装置。
2. 請求項１に記載のハイブリッド車両の制御装置において、
   前記第2電動モータは、前記エンジンのトルクにより発電するオルタネータ機能と、前記エンジンのクランキングを行うエンジン始動機能とを有する始動・発電用モータであることを特徴とするハイブリッド車両の制御装置。
3. 請求項２に記載のハイブリッド車両の制御装置において、
   前記エンジンのクランキングを行うスタータモータを有することを特徴とするハイブリッド車両の制御装置。

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