JP7163616B2 - ハイブリッド車両のトルク制御装置 - Google Patents

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Description

本発明は、ハイブリッド車両のトルク制御装置に関する。
特許文献１には、エンジン動作点が最高熱効率線に基づいて定められる所定の領域に無いと判定される場合は、エンジンの動作点が最高熱効率線に近づくように動作点を補正することが開示されている。
特許文献１に記載のものでは、動作点補正を行なう際に、バッテリの充放電を行なう必要がある場合は、ドライバが要求する車両の駆動トルクを維持しつつ、充放電用のトルクを加減算してエンジンの動作点を補正している。
特開２０１３－７１４６７号公報
しかしながら、エンジンの動作点を補正する際には、目標エンジントルクに対して僅かに誤差が生じてしまう。これは、コントローラが目標エンジントルクに沿うようにエンジントルクを制御するが、厳密に目標エンジントルクに沿ってエンジンを動作させることはできないため、誤差が生じる。
一方で、変速時に、クラッチから伝達されるクラッチトルクが目標車軸トルクを下回る間に、クラッチトルクと目標車軸トルクの差分のトルクをモータのトルクで補うことで、車軸のトルク抜けを防止する変速時のアシスト制御がある。
モータは、エンジンに比べて目標値に沿った緻密な制御が可能であるため、目標トルクに沿ってモータを動作させて、誤差の少ないトルクを車軸に出力することができる。
上述のエンジンの動作点補正中に変速時のアシスト制御が行なわれた場合、動作点補正中の誤差を含む駆動トルクによる車軸トルクから、変速時の誤差の少ない駆動トルクに基づく車軸トルクへ車両状態が遷移するため、車軸トルクの変動が発生するという課題がある。
そこで、本発明は、エンジンの動作点補正から変速時のアシスト制御に移行する際のトルクの変動を防止することができるハイブリッド車両のトルク制御装置を提供することを目的としている。
上記課題を解決するため本発明は、クラッチ及び複数の変速段を有する自動変速機を介して、車両の駆動軸に連結された減速機に接続された内燃機関と、前記減速機を介して前記駆動軸に接続された電動機とを備え、目標車軸トルクを前記駆動軸に出力させるように前記内燃機関または前記電動機の駆動力を前記駆動軸に伝達するハイブリッド車両のトルク制御装置であって、前記内燃機関の動作点が最高熱効率線に基づいて定められる所定の領域に入るように前記内燃機関の動作点を補正し、前記内燃機関の動作点の補正に伴い前記目標車軸トルクに対し増加または減少する前記内燃機関のトルクを前記電動機のトルクで吸収させる動作点補正制御を行なう制御部を備え、前記制御部は、前記動作点補正制御の実行中に前記クラッチの解放が開始されたとき、前記目標車軸トルクと前記内燃機関から前記駆動軸に付与されるトルクの差分を補正する第一補正トルクと、現在の前記電動機のトルクに所定値を加えた第二補正トルクと、を切り替えて前記電動機のトルクとして付与させる補正トルク付与制御を行なうものである。
このように、本発明によれば、エンジンの動作点補正から変速時のアシスト制御に移行する際のトルクの変動を防止することができる。
図１は、本発明の一実施例に係るハイブリッド車両のトルク制御装置のブロック図である。 図２は、本発明の一実施例に係るハイブリッド車両のトルク制御装置のハイブリッド走行制御処理の手順を示すフローチャートである。 図３は、本発明の一実施例に係るハイブリッド車両のトルク制御装置のハイブリッド走行制御処理による変速時のトルクの変化を示すタイムチャートである。
本発明の一実施の形態に係るハイブリッド車両のトルク制御装置は、クラッチ及び複数の変速段を有する自動変速機を介して車両の駆動軸に接続された内燃機関と、減速機を介して駆動軸に接続された電動機とを備え、目標車軸トルクを駆動軸に出力させるように内燃機関または電動機の駆動力を駆動軸に伝達するハイブリッド車両のトルク制御装置であって、内燃機関の動作点が最高熱効率線に基づいて定められる所定の領域に入るように内燃機関の動作点を補正し、内燃機関の動作点の補正に伴い目標車軸トルクに対し増加または減少する内燃機関のトルクを電動機のトルクで吸収させる動作点補正制御を行なう制御部を備え、制御部は、動作点補正制御の実行中にクラッチの解放が開始されたとき、目標車軸トルクと内燃機関から駆動軸に付与されるトルクの差分を補正する第一補正トルクと、現在の電動機のトルクに所定値を加えた第二補正トルクと、のいずれか一方を電動機のトルクとして付与させる補正トルク付与制御を行なうよう構成されている。
これにより、本発明の一実施の形態に係るハイブリッド車両のトルク制御装置は、エンジンの動作点補正から変速時のアシスト制御に移行する際のトルクの変動を防止することができる。
以下、図面を参照して、本発明の実施例に係るハイブリッド車両のトルク制御装置について詳細に説明する。
図１において、本発明の一実施例に係るハイブリッド車両のトルク制御装置を搭載したハイブリッド車両１は、内燃機関としてのエンジン２と、トランスミッション３と、モータ４と、インバータ５と、バッテリ６と、エンジン２を制御するＥＣＭ（Engine Control Module）７と、トランスミッション３を制御するＴＣＭ（Transmission Control Module）８と、ハイブリッド車両１を総合的に制御する制御部９とを含んで構成される。
エンジン２には、複数の気筒が形成されている。本実施例において、エンジン２は、各気筒に対して、吸気行程、圧縮行程、膨張行程および排気行程からなる一連の４行程を行なうように構成されている。
トランスミッション３は、エンジン２から出力された回転を変速し、駆動軸１１を介して駆動輪１０を駆動する。トランスミッション３は、平行軸歯車機構からなる常時噛合式の図示しない変速機構と、図示しないアクチュエータとを備えている。
エンジン２とトランスミッション３の間には、乾式単板式のクラッチ３１が設けられており、クラッチ３１は、エンジン２とトランスミッション３との間の動力伝達を接続または切断する。
トランスミッション３は、いわゆるＡＭＴ（Automated Manual Transmission）として構成されており、図示しないアクチュエータにより変速機構における変速段の切換えとクラッチ３１の断接が行なわれる。
トランスミッション３と駆動輪１０の間にはディファレンシャル機構３２が設けられている。ディファレンシャル機構３２と駆動輪１０は駆動軸１１により連結されている。
モータ４は、ディファレンシャル機構３２に対して、チェーン等の減速機４１を介して連結されている。モータ４は、電動機として機能する。モータ４は、発電機としても機能し、ハイブリッド車両１の走行によって発電を行う。
インバータ５は、制御部９の制御により、モータ４によって生成された三相の交流電力を直流の電力に変換する。この直流の電力は、例えば、バッテリ６を充電する。
バッテリ６は、例えばリチウムイオン蓄電池で構成されている。バッテリ６は、インバータ５に電力を供給する。
バッテリ６には、バッテリ状態センサ６ａが設けられている。バッテリ状態センサ６ａは、バッテリ６の充放電電流、電圧及びバッテリ温度を検出する。バッテリ状態センサ６ａは、制御部９に接続されている。制御部９は、バッテリ状態センサ６ａの出力によりバッテリ６の充電状態（以下、「ＳＯＣ」という）を検知できるようになっている。
このように、ハイブリッド車両１は、エンジン２とモータ４の両方の動力を車両の駆動に用いることが可能なパラレルハイブリッドシステムを構成しており、エンジン２及びモータ４の少なくとも一方が出力する動力により走行する。
なお、モータ４は、エンジン２から駆動輪１０までの動力伝達経路の何れかの箇所に動力伝達可能に連結されていればよく、必ずしもディファレンシャル機構３２に連結される必要はない。
ＥＣＭ７及びＴＣＭ８、制御部９は、それぞれＣＰＵ（Central Processing Unit）と、ＲＡＭ（Random Access Memory）と、ＲＯＭ（Read Only Memory）と、バックアップ用のデータなどを保存するフラッシュメモリと、入力ポートと、出力ポートとを備えたコンピュータユニットによって構成されている。
これらのコンピュータユニットのＲＯＭには、各種定数や各種マップ等とともに、当該コンピュータユニットをＥＣＭ７及びＴＣＭ８、制御部９としてそれぞれ機能させるためのプログラムが格納されている。
すなわち、ＣＰＵがＲＡＭを作業領域としてＲＯＭに格納されたプログラムを実行することにより、これらのコンピュータユニットは、本実施例におけるＥＣＭ７及びＴＣＭ８、制御部９としてそれぞれ機能する。
ハイブリッド車両１には、ＣＡＮ（Controller Area Network）等の規格に準拠した車内ＬＡＮ（Local Area Network）を形成するためのＣＡＮ通信線１２が設けられている。
ＥＣＭ７及びＴＣＭ８、制御部９は、それぞれＣＡＮ通信線１２によって接続されている。ＥＣＭ７及びＴＣＭ８、制御部９は、ＣＡＮ通信線１２を介して制御信号等の信号の送受信を相互に行なう。
ＥＣＭ７の入力ポートには、図示しないエンジン回転数センサを含む各種センサ類が接続されている。エンジン回転数センサは、エンジン２の機関回転数であるエンジン回転数を検出する。
一方、ＥＣＭ７の出力ポートには、図示しないインジェクタを含む各種制御対象類が接続されている。インジェクタは、エンジン２に燃料を供給する。
ＴＣＭ８の出力ポートには、トランスミッション３のアクチュエータを含む各種制御対象類が接続されている。ＴＣＭ８は、トランスミッション３のアクチュエータを制御することで、トランスミッション３の変速機構における変速段の切換えとクラッチ３１の断接を行なう。
ＴＣＭ８は、クラッチ３１から入力される回転数やトランスミッション３の変速段などに基づいて、クラッチ３１から伝達されディファレンシャル機構３２に出力されるトルクであるクラッチトルクを算出することができる。
制御部９の入力ポートには、上述のバッテリ状態センサ６ａに加え、アクセル開度センサ９１、車速センサ９２等の各種センサ類が接続されている。
アクセル開度センサ９１は、図示しないアクセルペダルの開度を検出して、アクセル開度に応じた信号を制御部９に出力する。車速センサ９２は、ハイブリッド車両１の走行速度を検出し、車速に応じた信号を制御部９に出力する。
一方、制御部９の出力ポートには、上述のインバータ５を含む各種制御対象類が接続されている。
本実施例において、制御部９は、アクセル開度や車速などに基づいて、ドライバの要求する要求トルクを算出する。制御部９は、要求トルクが駆動輪１０に出力されるような駆動軸１１のトルクとして目標車軸トルクを算出し、駆動軸１１に目標車軸トルクを出力するようにエンジン２やモータ４を制御する。
制御部９は、ＥＣＭ７にトルク指令を送信し、ＥＣＭ７によりトルク指令に設定されたトルク値をエンジン２に出力させる。
制御部９は、目標車軸トルクやバッテリ６のＳＯＣなどに基づいて、エンジン２に出力させるトルクやモータ４に出力させるトルクを算出する。
制御部９は、エンジン２とモータ４の両方のトルクでハイブリッド車両１を走行させるハイブリッド走行（以下、「ＨＥＶ走行」ともいう）時に、エンジン２の目標トルクをエンジン２に出力させるときのエンジン２の動作点が最高熱効率線に近づくように動作点を補正する。
制御部９は、エンジン２の動作点が最高熱効率線に基づいて定められる所定の領域に無い場合、エンジン２の動作点を補正する。
制御部９は、エンジン２の動作点のトルクが最高熱効率線の動作点のトルクより大きい場合、エンジン２のトルクを下げ、目標車軸トルクとクラッチトルクとの差分のトルクをモータ４に出力させる。
制御部９は、エンジン２の動作点のトルクが最高熱効率線の動作点のトルク以下の場合、エンジン２のトルクを上げ、エンジン２の上げた分のトルクをモータ４に回生トルクとして出力させる。
制御部９は、エンジン２の動作点を補正しているときに変速を行なう場合、目標車軸トルクからクラッチトルクを減算したトルクと、現在のモータ４のトルクに所定値を加算したトルクと、の大きいトルクをモータ４のトルクとする補正トルク付与制御を行なう。
補正トルク付与制御は、クラッチ３１の解放が開始されたときからクラッチ３１の解放が完了するまで継続して行なってもよい。
現在のモータ４のトルクとは、例えば、所定の周期でモータ４のトルクの制御を行なっている場合、前周期での制御でモータ４に出力させたトルク値である。
このようにすることで、エンジン２の動作点を補正しているときに変速を行なう場合に、モータ４のトルクを前回値より小さくならないようにすることができ、トルクの変動を防止することができる。
以上のように構成された本実施例に係るハイブリッド車両のトルク制御装置によるハイブリッド走行制御処理について、図２を参照して説明する。なお、以下に説明するハイブリッド走行制御処理は、制御部９が動作を開始すると開始され、予め設定された時間間隔で実行される。
ステップＳ１において、制御部９は、ハイブリッド車両１がハイブリッド走行中であるか否かを判定する。ハイブリッド走行中ではないと判定した場合、制御部９は、処理を終了する。
ハイブリッド走行中であると判定した場合、ステップＳ２において、制御部９は、バッテリ６のＳＯＣが所定値未満であるか否かを判定する。バッテリ６のＳＯＣが所定値未満であると判定した場合、ステップＳ３において、制御部９は、エンジン２の目標トルクをエンジン２に出力させるときのエンジン２の動作点が、最高熱効率線の動作点の所定の領域外であるか否かを判定する。エンジン２の動作点が、最高熱効率線の動作点の所定の領域外でないと判定した場合、制御部９は、処理を終了する。
ステップＳ３において、最高熱効率線の動作点の所定の領域外であると判定した場合、ステップＳ４において、制御部９は、エンジン２の動作点のトルクが最高熱効率線の動作点のトルクより大きいか否かを判定する。エンジン２の動作点のトルクが最高熱効率線の動作点のトルクより大きいと判定した場合、または、ステップＳ２においてバッテリ６のＳＯＣが所定値未満でないと判定した場合、ステップＳ５において、制御部９は、最高熱効率線の動作点の所定の領域内のトルク値を設定したトルク指令をＥＣＭ７に送信してエンジン２のトルクダウン要求を実行する。
ステップＳ６において、制御部９は、目標車軸トルクからクラッチトルクを減算したトルクをモータ４に付与させる。
ステップＳ４においてエンジン２の動作点のトルクが最高熱効率線の動作点のトルクより大きくないと判定した場合、ステップＳ７において、制御部９は、最高熱効率線の動作点の所定の領域内のトルク値を設定したトルク指令をＥＣＭ７に送信してエンジン２のトルクアップ要求を実行する。
ステップＳ８において、制御部９は、エンジン２の上げた分のトルクをモータ４に付与させる。
ステップＳ９において、制御部９は、トランスミッション３の変速が実施されたか否かを判定する。変速が実施されていないと判定した場合、制御部９は、処理を終了する。
ステップＳ９において変速が実施されると判定した場合、ステップＳ１０において、制御部９は、目標車軸トルクからクラッチトルクを減算したトルク値Ａを算出する。
ステップＳ１１において、制御部９は、ハイブリッド走行制御処理の前回周期時のモータ４のトルク値に所定値を加算したトルク値Ｂを算出する。
ステップＳ１２において、制御部９は、トルク値Ａがトルク値Ｂより大きいか否かを判定する。トルク値Ａがトルク値Ｂより大きいと判定した場合、制御部９は、モータ４にトルク値Ａのトルクを付与させて、処理を終了する。
ステップＳ１２においてトルク値Ａがトルク値Ｂより大きくないと判定した場合、ステップＳ１４において、制御部９は、モータ４にトルク値Ｂのトルクを付与させて、処理を終了する。
このようなハイブリッド走行制御処理による動作について図３を参照して説明する。図３において、トランスミッション３の変速が開始されるタイミングＴ１前では、バッテリ６の充電を行なってエンジン２の動作点補正が行なわれている。
このとき、エンジン２の動作点が最高熱効率線に基づいて補正されているが、エンジン２の出力トルクの誤差が１０[Nm]発生しているため、誤差を含む８０[Nm]がトータルトルクとして駆動軸１１に付与されている。
変速が開始されたタイミングＴ１後では、以下のトルク値Ａとトルク値Ｂのうち、モータ４の力行側を正として、いずれか大きい値をモータ４のトルクとして付与される。なお、絶対値の小さい値をモータ４のトルクとして付与するようにしてもよい。
トルク値Ａ：目標車軸トルク－クラッチトルク（≒エンジントルク）
トルク値Ｂ：前回のモータトルク（≒回生トルク）＋所定値
変速前の動作点補正時にクラッチトルクがトルクアップまたはトルクダウン要求値よりもプラス側に振れた場合、トルク値Ａをモータ４のトルクとして付与すると、変速前後でモータ４のトルクが回生方向に増加する（図中、従来のモータトルクの線を参照）。
この結果、トータルトルクが急激にマイナスに振れるため、運転者にトルク抜けを感じさせる。
トルク値Ｂをモータ４のトルクとして付与すると、トルク値Ａを採用した場合に比べてトータルトルクの変動が緩やかになるため、運転者はトルク抜けを感じにくい。
変速前の動作点補正時にクラッチトルクがトルクアップまたはトルクダウン要求値よりもマイナス側に振れた場合、トルク値Ａをモータ４のトルクとして付与しても、変速前後でモータ４のトルクが回生方向に増加しない（図中、補正後のモータトルクの線を参照）。
この結果、トータルトルクの変化が緩やかになる。誤差を含む車軸トルクから誤差の少ない車軸トルクとなるが、その変動幅が小さいため、モータ４のトルク値が回生方向に大きく振れることはない。
本実施例では、各種センサ情報に基づき制御部９が各種の判定や算出を行なう例について説明したが、これに限らず、ハイブリッド車両１が外部サーバ等の車外装置と通信可能な通信部を備え、該通信部から送信された各種センサの検出情報に基づき車外装置によって各種の判定や算出が行なわれ、その判定結果や算出結果を通信部で受信して、その受信した判定結果や算出結果を用いて各種制御を行なってもよい。
本発明の実施例を開示したが、当業者によっては本発明の範囲を逸脱することなく変更が加えられうることは明白である。すべてのこのような修正及び等価物が次の請求項に含まれることが意図されている。
１ ハイブリッド車両
２ エンジン（内燃機関）
３ トランスミッション（自動変速機）
４ モータ（電動機）
９ 制御部
１０ 駆動輪
１１ 駆動軸
３１ クラッチ

Claims (4)

  1. クラッチ及び複数の変速段を有する自動変速機を介して、車両の駆動軸に連結された減速機に接続された内燃機関と、前記減速機を介して前記駆動軸に接続された電動機とを備え、目標車軸トルクを前記駆動軸に出力させるように前記内燃機関または前記電動機の駆動力を前記駆動軸に伝達するハイブリッド車両のトルク制御装置であって、
    前記内燃機関の動作点が最高熱効率線に基づいて定められる所定の領域に入るように前記内燃機関の動作点を補正し、前記内燃機関の動作点の補正に伴い前記目標車軸トルクに対し増加または減少する前記内燃機関のトルクを前記電動機のトルクで吸収させる動作点補正制御を行なう制御部を備え、
    前記制御部は、前記動作点補正制御の実行中に前記クラッチの解放が開始されたとき、前記目標車軸トルクと前記内燃機関から前記駆動軸に付与されるトルクの差分を補正する第一補正トルクと、現在の前記電動機のトルクに所定値を加えた第二補正トルクと、を切り替えて前記電動機のトルクとして付与させる補正トルク付与制御を行なうハイブリッド車両のトルク制御装置。
  2. クラッチ及び複数の変速段を有する自動変速機を介して、車両の駆動軸に連結された減速機に接続された内燃機関と、前記減速機を介して前記駆動軸に接続された電動機とを備え、目標車軸トルクを前記駆動軸に出力させるように前記内燃機関または前記電動機の駆動力を前記駆動軸に伝達するハイブリッド車両のトルク制御装置であって、
    前記内燃機関の動作点が最高熱効率線に基づいて定められる所定の領域に入るように前記内燃機関の動作点を補正し、前記内燃機関の動作点の補正に伴い前記目標車軸トルクに対し増加または減少する前記内燃機関のトルクを前記電動機のトルクで吸収させる動作点補正制御を行なう制御部を備え、
    前記制御部は、前記動作点補正制御の実行中に前記クラッチの解放が開始されたとき、前記目標車軸トルクと前記内燃機関から前記駆動軸に付与されるトルクの差分を補正する第一補正トルクと、現在の前記電動機のトルクに所定値を加えた第二補正トルクと、のうちいずれか大きいトルクを前記電動機のトルクとして付与させる補正トルク付与制御を行なうハイブリッド車両のトルク制御装置。
  3. 前記制御部は、前記クラッチの解放が開始されたときから前記クラッチの解放が完了するまで前記補正トルク付与制御を継続して行なう請求項１または請求項２に記載のハイブリッド車両のトルク制御装置。
  4. 前記制御部は、所定の周期に基づいて前記補正トルク付与制御を実行し、前周期において前記電動機に付与させたトルクを前記現在の前記電動機のトルクとする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載のハイブリッド車両のトルク制御装置。
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