JP7439704B2 - ハイブリッド車両の制御装置 - Google Patents

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Description

本発明は、エンジンおよび電動機を駆動力源とする、ハイブリッド車両の制御装置に関する。
エンジンおよび電動機を駆動力源とするハイブリッド車両がよく知られている。特許文献1に記載のハイブリッド車両がそれである。特許文献1には、自動運転モードで走行中、且つ、電動機による電動走行で走行中において、他の車両に追従していないときには、電動機による電動走行を維持し、他の車両に追従しているときには、エンジンおよび電動機によるハイブリッド走行への移行を許可することが開示されている。また、他の車両に追従しているときには、クランキングトルクを大きくすることが開示されている。
特開2019-182335号公報
ところで、ハイブリッド車両では、車両の走行状態に応じてエンジンを停止させたり始動させたりする運転(間欠運転)が実施されるが、エンジンの始動方法によっては、排気ガスに含まれる粒子状物質(PM)の排出量が過剰になる虞がある。
本発明は、以上の事情を背景として為されたものであり、その目的とするところは、エンジンおよび電動機を駆動力源とするハイブリッド車両において、エンジン始動時の粒子状物質(PM)の排出量を抑えることができる制御装置を提供することにある。
第1発明の要旨とするところは、(a)エンジンおよび電動機を駆動力源とし、車両走行中に前記エンジンを停止および始動可能に構成されたハイブリッド車両の制御装置であって、(b)前記エンジンが所定の回転数以上となった状態で燃料を噴射して前記エンジンを始動する第1エンジン始動と、前記エンジンの回転が停止した状態で前記エンジンに燃料を噴射しながら前記エンジンを始動する第2エンジン始動とを含む複数のエンジン始動を行なうエンジン始動部を備え、(c)前記エンジン始動部は、(c1)運転者による操作に少なくとも一部が依存することなく、前記ハイブリッド車両の走行を制御して該ハイブリッド車両を自動運転走行させる自動運転制御部の実行中、前方を走行する車両を追従して走行する追従走行を行なう追従走行制御部の実行中、前記自動運転走行中の要求走行トルクが、予め設定されている所定値未満である場合、又は、前記追従走行中の要求走行トルクが、予め設定されている所定値未満である場合の、前記ハイブリッド車両の走行トルクを速やかに増加させる必要性の低い走行状態の場合に、前記第2エンジン始動を行なわず、前記第1エンジン始動により前記エンジンを始動させ、(c2)前記エンジンのエンジン水温が予め設定されている所定温度以上、および、前記エンジンが停止した時点からのエンジン停止時間が予め設定されている所定時間より短い、の一方または両方の条件が成立したことが判定されると、前記第1エンジン始動を行なわず、前記第2エンジン始動により前記エンジンを始動させることを特徴とする。
発明の要旨とするところは、第1発明において、前記第1エンジン始動は、エンジン回転速度が予め設定されている所定回転速度に到達すると燃料の噴射および点火を実施することを特徴とする。
発明の要旨とするところは、第1発明において、前記第2エンジン始動は、(a)前記エンジンのピストンが膨張行程の位置で停止している状態の燃焼室内に、燃料を噴射して点火する着火エンジン始動、(b)前記エンジンの前記ピストンが圧縮行程の位置で停止している状態から、燃料を噴射しつつ前記電動機によって前記エンジンを回転させ、前記ピストンが上死点を通過すると点火を行う圧縮行程エンジン始動、および、(c)前記エンジンの前記ピストンが吸気行程の位置で停止している状態から、燃料を噴射しつつ前記電動機によって前記エンジンを回転させ、前記ピストンが上死点を通過すると点火を行う吸気行程エンジン始動のうちの何れかにより前記エンジンを始動させることを特徴とする。
第1発明のハイブリッド車両の制御装置によれば、運転者による操作に少なくとも一部が依存することなく、ハイブリッド車両の走行を制御して該ハイブリッド車両を自動運転走行させる自動運転制御部の実行中、前方を走行する車両を追従して走行する追従走行を行なう追従走行制御部の実行中、自動運転走行中の要求走行トルクが予め設定されている所定値未満である場合、又は、追従走行中の要求走行トルクが予め設定されている所定値未満である場合の、ハイブリッド車両の走行トルクを速やかに増加させる必要性の低い走行状態の場合、第2エンジン始動を行なわず、エンジン始動時に排出される粒子状物質の排出量の増加を抑える第1エンジン始動によってエンジンが始動させられる。この走行トルクを速やかに増加させる必要性の低い走行状態では、トルクの応答性が要求されないため、このような場合には、粒子状物質の排出量を抑える第1エンジン始動によりエンジンを始動させることで、エンジン始動時に排出される粒子状物質の排出量の増加を抑えることができる。
エンジンのエンジン水温が予め設定されている所定温度以上、および、エンジンが停止した時点からのエンジン停止時間が予め設定されている所定時間より短い、の一方または両方の条件が成立したことが判定されると、第1エンジン始動を行なわず、第2エンジン始動によりエンジンが始動させられ、トルク応答性が得られる。
発明のハイブリッド車両の制御装置によれば、第1エンジン始動は、エンジン回転速度が予め設定されている所定回転速度に到達すると燃料の噴射および点火を実施するものであるため、エンジンの燃焼室内で気流が発生することで燃料が燃焼室の壁に付着しにくくなり、燃料が適切に燃焼させられる。その結果、排気ガスに含まれる粒子状物質の排出量の増加が抑えられる。
発明のハイブリッド車両の制御装置によれば、第2エンジン始動は、エンジンのピストンが膨張行程の位置で停止している状態の燃焼室内に、燃料を噴射して点火する着火エンジン始動、エンジンのピストンが圧縮行程の位置で停止している状態から、燃料を噴射しつつ電動機によってエンジンを回転させ、ピストンが上死点を通過すると点火を行う圧縮行程エンジン始動、および、エンジンのピストンが吸気行程の位置で停止している状態から、燃料を噴射しつつ電動機によってエンジンを回転させ、ピストンが上死点を通過すると点火を行う吸気行程エンジン始動、のうちの何れかによりエンジンを始動させる。このように、第2エンジン始動は、走行トルクを速やかに増加させる必要性のある走行状態の場合には、着火エンジン始動、圧縮行程エンジン始動、および吸気行程エンジン始動の何れかによりエンジンを始動させるため、エンジントルクのトルク応答性が向上してドライバビリティが向上する。
本発明が適用される車両の概略構成を説明する図であると共に、車両における各種制御のための制御系統の入出力関係を説明する図である。 図1の電子制御装置を構成する各ECUの制御機能の要部を説明する機能ブロック線図である。 車両の駆動力源として機能する電動機の出力性能を示す図である。 図1のエンジンの構造を説明する図である。 複数のエンジンの始動方法毎の特徴を示すとともに、それぞれのエンジン始動方法の特徴を比較する図である。 図2の電子制御装置の制御作動の要部、すなわち自動運転走行中または追従走行中、且つ、モータ走行モードで走行中において、エンジンを始動させる判断が為されたときのエンジン始動方法を適切に選択することで、エンジン始動時のエンジンのトルク応答性を確保しつつ、PMの排出量の増加を抑える制御作動を説明するフローチャートである。 図2の電子制御装置の制御機能の要部、すなわち自動運転走行で走行中に算出される要求走行トルクを適宜修正することで、PMの排出量が増加しやすいときのエンジン始動時に、高回転始動が優先して実行されるようにする制御作動を説明するためのフローチャートである。 本発明の他の実施例に対応する、電子制御装置を構成する各ECUの制御機能の要部を説明する機能ブロック線図である。 図8の電子制御装置の制御作動の要部、すなわち自動運転走行中または追従走行中、且つ、モータ走行モードで走行中において、エンジンを始動させる判断が為されたときのエンジン始動方法を適切に選択することで、エンジン始動時のエンジンのトルク応答性を確保しつつ、PMの排出量の増加を抑える制御作動を説明するフローチャートである。
以下、本発明の実施例を図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、以下の実施例において図は適宜簡略化或いは変形されており、各部の寸法比および形状等は必ずしも正確に描かれていない。
図1は、本発明が適用される車両10の概略構成を説明する図であると共に、車両10における各種制御のための制御系統の入出力関係を説明する図である。図1において、車両10は、エンジン12および電動機MGを走行用の駆動力源とするハイブリッド車両である。また、車両10は、駆動輪である後輪14rと、エンジン12と後輪14rとの間の動力伝達経路に設けられた動力伝達装置16と、を備えている。
エンジン12は、直噴式のガソリンエンジン等の公知の内燃機関である。エンジン12は、後述する電子制御装置90によって、車両10に備えられたスロットルアクチュエータや燃料噴射装置や点火装置等を含むエンジン制御装置50が制御されることによりエンジン12の出力トルクであるエンジントルクTeが制御される。また、エンジン12は、車両10の走行状態に応じて始動および停止可能(間欠運転可能)に構成されている。
電動機MGは、電力から機械的な動力を発生させる発動機としての機能及び機械的な動力から電力を発生させる発電機としての機能を有する回転電気機械であって、所謂モータジェネレータである。電動機MGは、車両10に備えられたインバータ52を介して、車両10に備えられたバッテリ54に接続されている。電動機MGは、後述する電子制御装置90によってインバータ52が制御されることにより、電動機MGの出力トルクであるMGトルクTmが制御される。MGトルクTmは、例えば電動機MGの回転方向がエンジン12の運転時と同じ回転方向である正回転の場合、加速側となる正トルクでは力行トルクであり、減速側となる負トルクでは回生トルクである。具体的には、電動機MGは、エンジン12に替えて或いはエンジン12に加えて、インバータ52を介してバッテリ54から供給される電力により走行用の動力を発生する。また、電動機MGは、エンジン12の動力や後輪14r側から入力される被駆動力により発電を行う。電動機MGの発電により発生させられた電力は、インバータ52を介してバッテリ54に蓄積される。バッテリ54は、電動機MGに対して電力を授受する蓄電装置である。前記電力は、特に区別しない場合には電気エネルギも同意である。前記動力は、特に区別しない場合にはトルクや力も同意である。
動力伝達装置16は、車体に取り付けられる非回転部材であるケース18内において、K0クラッチ20、トルクコンバータ22、自動変速機24等を備えている。K0クラッチ20は、エンジン12と後輪14rとの間の動力伝達経路におけるエンジン12と電動機MGとの間に設けられたクラッチである。トルクコンバータ22は、K0クラッチ20を介してエンジン12に連結されている。自動変速機24は、トルクコンバータ22に連結されており、トルクコンバータ22と後輪14rとの間の動力伝達経路に介在させられている。トルクコンバータ22及び自動変速機24は、各々、エンジン12と後輪14rとの間の動力伝達経路の一部を構成している。また、動力伝達装置16は、自動変速機24の出力回転部材である変速機出力軸26に連結されたプロペラシャフト28、プロペラシャフト28に連結されたデファレンシャル装置30、デファレンシャル装置30に連結された1対のドライブシャフト32等を備えている。また、動力伝達装置16は、エンジン12とK0クラッチ20とを連結するエンジン連結軸34、K0クラッチ20とトルクコンバータ22とを連結する電動機連結軸36等を備えている。
電動機MGは、ケース18内において、電動機連結軸36に動力伝達可能に連結されている。電動機MGは、エンジン12と後輪14rとの間の動力伝達経路、特にはK0クラッチ20とトルクコンバータ22との間の動力伝達経路に動力伝達可能に連結されている。つまり、電動機MGは、K0クラッチ20を介することなくトルクコンバータ22及び自動変速機24と動力伝達可能に連結されている。見方を換えれば、トルクコンバータ22及び自動変速機24は、各々、電動機MGと後輪14rとの間の動力伝達経路の一部を構成している。トルクコンバータ22及び自動変速機24は、各々、エンジン12および電動機MGの各々からの駆動力を後輪14rへ伝達する。
トルクコンバータ22は、電動機連結軸36と連結されたポンプ翼車22a、および自動変速機24の入力回転部材である変速機入力軸38と連結されたタービン翼車22bを備えている。ポンプ翼車22aは、K0クラッチ20を介してエンジン12と連結されていると共に、直接的に電動機MGと連結されている。ポンプ翼車22aはトルクコンバータ22の入力部材であり、タービン翼車22bはトルクコンバータ22の出力部材である。電動機連結軸36は、トルクコンバータ22の入力回転部材でもある。変速機入力軸38は、タービン翼車22bによって回転駆動されるタービン軸と一体的に形成されたトルクコンバータ22の出力回転部材でもある。トルクコンバータ22は、駆動力源(エンジン12、電動機MG)の各々からの駆動力を流体を介して変速機入力軸38へ伝達する流体式伝動装置である。トルクコンバータ22は、ポンプ翼車22aとタービン翼車22bとを連結するLUクラッチ40を備えている。LUクラッチ40は、トルクコンバータ22の入出力回転部材を連結する直結クラッチ、すなわち公知のロックアップクラッチである。
LUクラッチ40は、車両10に備えられた油圧制御回路56から供給される調圧されたLU油圧PRluによりLUクラッチ40のトルク容量であるLUクラッチトルクTluが変化させられることで、作動状態つまり制御状態が切り替えられる。LUクラッチ40の制御状態としては、LUクラッチ40が解放された状態である完全解放状態、LUクラッチ40が滑りを伴って係合された状態であるスリップ状態、及びLUクラッチ40が係合された状態である完全係合状態がある。LUクラッチ40が完全解放状態とされることにより、トルクコンバータ22はトルク増幅作用が得られるトルクコンバーター状態とされる。また、LUクラッチ40が完全係合状態とされることにより、トルクコンバータ22はポンプ翼車22a及びタービン翼車22bが一体回転させられるロックアップ状態とされる。
自動変速機24は、例えば不図示の1組又は複数組の遊星歯車装置と、複数の係合装置CBと、を備えている、公知の遊星歯車式の自動変速機である。係合装置CBは、例えば油圧アクチュエータにより押圧される多板式或いは単板式のクラッチやブレーキ、油圧アクチュエータによって引き締められるバンドブレーキなどにより構成される、油圧式の摩擦係合装置である。係合装置CBは、各々、油圧制御回路56から供給される調圧されたCB油圧PRcbによりそれぞれのトルク容量であるCBトルクTcbが変化させられることで、係合状態や解放状態などの制御状態が切り替えられる。
自動変速機24は、係合装置CBのうちの何れかの係合装置が係合されることによって、変速比(ギヤ比ともいう)γat(=AT入力回転速度Ni/AT出力回転速度No)が異なる複数の変速段(ギヤ段ともいう)のうちの何れかのギヤ段が形成される有段変速機である。自動変速機24は、後述する電子制御装置90によって、ドライバー(=運転者)のアクセル操作や車速V等に応じて形成されるギヤ段が切り替えられる、すなわち複数のギヤ段が選択的に形成される。AT入力回転速度Niは、変速機入力軸38の回転速度であり、自動変速機24の入力回転速度である。AT入力回転速度Niは、トルクコンバータ22の出力回転部材の回転速度でもあり、トルクコンバータ22の出力回転速度であるタービン回転速度Ntと同値である。AT入力回転速度Niは、タービン回転速度Ntで表すことができる。AT出力回転速度Noは、変速機出力軸26の回転速度であり、自動変速機24の出力回転速度である。
K0クラッチ20は、例えば図示しないクラッチアクチュエータにより押圧される多板式或いは単板式のクラッチにより構成される湿式または乾式の摩擦係合装置である。K0クラッチ20は、後述する電子制御装置90によりクラッチアクチュエータが制御されることによって、係合状態や解放状態などの制御状態が切り替えられる。具体的には、油圧制御回路56によって調圧されるK0油圧PRk0によりK0クラッチ20のトルク容量であるK0クラッチトルクTk0が変化させられることで、K0クラッチ20の制御状態が切り替えられる。なお、本実施例では、K0クラッチ20のK0油圧PRk0に比例して、K0クラッチトルクTk0が増加する。
図1に戻り、K0クラッチ20の係合状態では、エンジン連結軸34を介してポンプ翼車22aとエンジン12とが一体的に回転させられる。すなわち、K0クラッチ20は、係合されることによってエンジン12と後輪14rとを動力伝達可能に連結する。一方で、K0クラッチ20の解放状態では、エンジン12とポンプ翼車22aとの間の動力伝達が遮断される。すなわち、K0クラッチ20は、解放されることによってエンジン12と後輪14rとの間の連結を切り離す。電動機MGはポンプ翼車22aに連結されているので、K0クラッチ20は、エンジン12と電動機MGとの間の動力伝達経路に設けられて、その動力伝達経路を断接するクラッチ、すなわちエンジン12を電動機MGと断接するクラッチとして機能する。つまり、K0クラッチ20は、係合されることによってエンジン12と電動機MGとを連結する一方で、解放されることによってエンジン12と電動機MGとの間の連結を切り離す断接用クラッチである。
動力伝達装置16において、エンジン12から出力される動力は、K0クラッチ20が係合された場合に、エンジン連結軸34から、K0クラッチ20、電動機連結軸36、トルクコンバータ22、自動変速機24、プロペラシャフト28、デファレンシャル装置30、およびドライブシャフト32等を順次介して後輪14rへ伝達される。また、電動機MGから出力される動力は、K0クラッチ20の制御状態に拘わらず、電動機連結軸36から、トルクコンバータ22、自動変速機24、プロペラシャフト28、デファレンシャル装置30、およびドライブシャフト32等を順次介して後輪14rへ伝達される。
車両10は、機械式のオイルポンプであるMOP58、電動式のオイルポンプであるEOP60、ポンプ用モータ62等を備えている。MOP58は、ポンプ翼車22aに連結されており、駆動力源(エンジン12、電動機MG)により回転駆動させられて動力伝達装置16にて用いられる作動油OILを吐出する。ポンプ用モータ62は、EOP60を回転駆動する為のEOP60専用のモータである。EOP60は、ポンプ用モータ62により回転駆動させられて作動油OILを吐出する。MOP58やEOP60が吐出した作動油OILは、油圧制御回路56へ供給される。油圧制御回路56は、MOP58および/またはEOP60が吐出した作動油OILを元圧にして各々調圧した、CB油圧PRcb、K0油圧PRk0、LU油圧PRluなどを供給する。
車両10に備えられるステアリングホイール64は、運転者によって操作され、運転者がステアリングホイール64を回転させると、ステアリングホイール64に連結されているステアリングシャフト66を介して、ギヤボックス68にその回転が伝達される。また、ギヤボックス68内においてステアリングシャフト66の回転が、ギヤボックス68に連結されたタイロッド70の左右の運動に変換され、タイロッド70が左右に移動することで左右の前輪14fの角度が変化する。また、運転者の操作を補助する電気式パワーステアリングシステムとして機能する電動モータ72が、ステアリングシャフト66に動力伝達可能に接続されている。電動モータ72は、運転者の操作を補助するだけでなく、自動運転走行の実行中は、ステアリングシャフト66を回転させることで、左右の前輪14fの角度を変化させることもできる。
左右の前輪14fおよび後輪14rには、それぞれのブレーキ油圧シリンダ74に供給される作動油の油圧Pbrを調整することで制動力Fbrが付与されるホイールブレーキ76が設けられている。ブレーキ油圧シリンダ74内の作動油の油圧Pbrは、運転者のブレーキペダルの踏力に比例して増加し、ホイールブレーキ76で発生する制動力Fbrについても、ブレーキペダルの踏力に比例して増加する。また、ブレーキ油圧シリンダ74に供給される作動油の油圧Pbrは、後述するブレーキECU96から出力されるブレーキ信号Sbkによっても制御され、前輪14fおよび後輪14rに、車両10の走行状態に応じた制動力Fbrを付与することができる。また、自動運転走行中において、ブレーキECU96から出力されるブレーキ信号Sbkに基づいて各ブレーキ油圧シリンダ74の作動油の油圧Pbrが制御され、前輪14fおよび後輪14rに、車両10の走行状態に応じた制動力Fbrが随時付与される。
車両10は、車両10の各部を制御する電子制御装置90(制御装置)を構成する複数個のECUを備えている。電子制御装置90には、車両10に備えられた各種センサ等(例えばエンジン回転速度センサ100、タービン回転速度センサ102、出力回転速度センサ104、MG回転速度センサ106、アクセル開度センサ108、スロットル弁開度センサ110、ブレーキペダルセンサ112、シフトポジションセンサ113、バッテリセンサ114、油温センサ116、ステアリングセンサ118、Gセンサ120、ヨーレートセンサ122、車両周辺情報センサ124、車両位置センサ126、外部ネットワーク通信用アンテナ128、ナビゲーションシステム130、運転支援設定スイッチ群132、エンジン水温センサ134など)による検出値に基づく各種信号等(例えばエンジン12の回転速度であるエンジン回転速度Ne、AT入力回転速度Niと同値であるタービン回転速度Nt、車速Vに対応するAT出力回転速度No、電動機MGの回転速度であるMG回転速度Nm、運転者の加速操作の大きさを表す運転者のアクセル操作量であるアクセル開度θacc、電子スロットル弁の開度であるスロットル弁開度θth、運転者によるブレーキペダルの踏込操作の大きさを表すブレーキ操作量Bra、シフトレバーの操作ポジションPOSsh、バッテリ54のバッテリ温度THbatやバッテリ充放電電流Ibatやバッテリ電圧Vbat、油圧制御回路56内の作動油OILの温度である作動油温THoil、ステアリングホイール64の操舵角θsw及び操舵方向Dsw、ステアリングホイール64が運転者によって握られている状態を示す信号であるステアリングオン信号SWon、車両10の前後加速度Gx及び左右加速度Gy、車両10の鉛直軸まわりの回転角速度であるヨーレートRyaw、車両周辺情報Iard、位置情報Ivp、通信信号Scom、ナビ情報Inavi、自動運転制御や追従制御等の運転支援制御における運転者による設定を示す信号である運転支援設定信号Sset、エンジン水温THwなど)が、それぞれ供給される。
車両周辺情報センサ124は、例えばライダー、レーダー、および車載カメラなどのうちの少なくとも一つを含んでおり、走行中の道路に関する情報や車両周辺に存在する物体に関する情報を直接的に取得する。前記ライダーは、例えば車両10の前方を走行する車両(先行車)および車両10の前方の物体、車両10の側方の物体、車両10の後方を走行する車両および車両10の後方の物体などを各々検出する複数のライダー、または、車両10の全周囲の物体を検出する一つのライダーであり、検出した車両および物体に関する情報を車両周辺情報Iardとして出力する。前記レーダーは、例えば車両10の前方を走行する車両(先行車)および車両10の前方の物体、車両10の後方を走行する車両および車両10の後方の物体などを各々検出する複数のレーダーなどであり、検出した車両および物体に関する情報を車両周辺情報Iardとして出力する。前記ライダーやレーダーによる情報には、検出した前方の車両(先行車)との距離、先行車の車速などが含まれる。前記車載カメラは、例えば車両10の前方や後方を撮像する単眼カメラ又はステレオカメラであり、撮像情報を車両周辺情報Iardとして出力する。この撮像情報には、走行路の車線、走行路における標識、駐車スペース、及び走行路における他車両や歩行者や障害物などの情報が含まれる。
車両位置センサ126は、GPSアンテナなどを含んでいる。位置情報Ivpは、GPS(Global Positioning System)衛星が発信するGPS信号(軌道信号)などに基づく地表又は地図上における車両10の現在位置を示す情報である自車位置情報を含んでいる。
ナビゲーションシステム130は、ディスプレイやスピーカ等を有する公知のナビゲーションシステムである。ナビゲーションシステム130は、位置情報Ivpに基づいて、予め記憶された地図データ上に自車位置を特定する。ナビゲーションシステム130は、ディスプレイに表示した地図上に自車位置を表示する。ナビゲーションシステム130は、目的地が入力されると、出発地から目的地までの走行経路を演算し、ディスプレイやスピーカ等で運転者に走行経路などの指示を行う。ナビ情報Inaviは、例えばナビゲーションシステム130に予め記憶された地図データに基づく道路情報や施設情報などの地図情報などを含んでいる。前記道路情報には、市街地道路、郊外道路、山岳道路、高速自動車道路すなわち高速道路などの道路の種類、道路の分岐や合流、道路の勾配、制限速度などの情報が含まれる。前記施設情報には、スーパー、商店、レストラン、駐車場、公園、車両10の故障対応業者、自宅、高速道路におけるサービスエリアなどの拠点の種類、所在位置、名称などの情報が含まれる。上記サービスエリアは、例えば高速道路で、駐車、食事、給油などの設備のある拠点である。
運転支援設定スイッチ群132は、自動運転走行を実行させるための自動運転選択スイッチ、追従走行(クルーズ走行)を実行させるためのクルーズスイッチ、追従走行における車速を設定するスイッチ、追従走行における先行車との車間距離を設定するスイッチ、設定された車線を維持して走行させるためのスイッチなどを含んでいる。
通信信号Scomは、例えば道路交通情報通信システムなどの車外装置であるセンターとの間で送受信された道路交通情報など、および/または、前記センターを介さずに車両10の近傍にいる他車両との間で直接的に送受信された車車間通信情報などを含んでいる。前記道路交通情報には、例えば道路の渋滞、事故、工事、所要時間、駐車場などの情報が含まれる。前記車車間通信情報は、例えば車両情報、走行情報、交通環境情報などを含んでいる。前記車両情報には、例えば乗用車、トラック、二輪車などの車種を示す情報が含まれる。前記走行情報には、例えば車速V、位置情報、ブレーキペダルの操作情報、ターンシグナルランプの点滅情報、ハザードランプの点滅情報などの情報が含まれる。前記交通環境情報には、例えば道路の渋滞、工事などの情報が含まれる。
電子制御装置90からは、車両10に備えられた各装置(例えばエンジン制御装置50、インバータ52、油圧制御回路56、電動モータ72、ブレーキ油圧シリンダ74、EOP60など)に各種指令信号(例えばエンジン12を制御するためのエンジン制御指令信号Se、電動機MGを制御するためのMG制御指令信号Sm、係合装置CBの作動状態を制御するための油圧制御指令信号Scb、K0クラッチ20の作動状態を制御する為の油圧制御指令信号Sk0、LUクラッチ40の作動状態を制御する為の油圧制御指令信号Slu、車輪(特には前輪14f)の操舵を制御するための操舵制御指令信号Sstr、ホイールブレーキ76による制動力Fbr(または制動トルクTbr)を制御するためのブレーキ信号Sbk、EOP60の駆動状態を制御するためのEOP駆動指令信号Seopなどが、それぞれ出力される。
電子制御装置90は、HV-ECU92、ステアECU94、ブレーキECU96、および自動運転ECU98を含んで構成されている。
HV-ECU92は、運転者の要求駆動力を出力しつつ、燃費が最適となるように、車両の走行状態に応じてエンジン12、電動機MG、K0クラッチ20、および自動変速機24を制御する機能を有している。HV-ECU92からは、エンジン12の出力制御のためのエンジン制御指令信号Se、電動機MGの駆動制御のためのインバータ52へのMG制御指令信号Sm、係合装置CBの作動状態を制御する為の油圧制御指令信号Scb、K0クラッチ20の作動状態を制御する為の油圧制御指令信号Sk0、LUクラッチ40の作動状態を制御する為の油圧制御指令信号Slu、EOP60の駆動状態を制御する為のEOP駆動指令信号Seopなどが出力される。
ステアECU94は、電動モータ72を制御することにより、運転者のステアリングホイール64の操作量に相当する操舵角θswおよび車速Vに応じたアシスト力を発生させる機能を有している。運転者がステアリングホイール64を操作したとき、ステアECU94から、ステアリングホイール64の操作量に応じたアシスト力を発生させるためのアシスト指令信号Sstrが電動モータ72に出力され、そのアシスト力が、電動モータ72を介してステアリングシャフト66に付与される。
ブレーキECU96は、ブレーキ油圧シリンダ74の油圧を制御することにより、車両10の走行状態に応じた制動力Fbrを発生させる機能を有している。例えば、ブレーキペダルの踏み込み速度などから、急ブレーキが踏まれたと判定されると、ブレーキECU96から、ブレーキ油圧シリンダ74の油圧Pbrを高めて制動力Fbrを高めるブレーキ信号Sbkが出力される。また、旋回走行中には、車両10の横滑りが抑制される制動力Fbrが発生するように、ブレーキECU96から、ブレーキ油圧シリンダ74にブレーキ信号Sbkが出力される。
自動運転ECU98は、自動運転走行に切り替えられると、運転者による操作に依存することなく、予め設定された目的地および現在位置等に基づいて、車両10を目的地に向かって自動運転制御する、すなわち車両10を自動運転走行させる機能を有している。また、自動運転ECU98は、追従走行に切り替えられると、前方を走行する先行車に追従して車両10を走行させる、追従走行制御を行う機能を有している。
自動運転ECU98には、車両周辺情報センサ124から、車両10周辺の障害物、車両10の前後および左右を走行する車両の有無などの車両10の周辺に関する各種情報が入力される。また、自動運転ECU98には、各種センサから、エンジン12のエンジン回転速度Ne、スロットル弁開度θth、電動機MGのMG回転速度Nm、車速V、ステアリングホイール64の操舵角θsw及び操舵方向Dswなどの車両状態を表す各種情報が随時入力される。
自動運転ECU98からは、HV-ECU92への自動運転走行中および追従走行中の駆動力を調整する駆動力指令信号Sdrive、ステアECU94への自動運転走行中または追従走行中のステアリングホイール64の操舵角θswを調整するための操舵指令信号Ssteer、およびブレーキECU96への自動運転走行中および追従走行中のホイールブレーキ76の制動力Fbrを調整するための制動力指令信号Sbrakeが、それぞれ出力される。
図2は、図1の電子制御装置90を構成する各ECUの制御機能の要部を説明する機能ブロック線図である。電子制御装置90は、エンジン12および電動機MGなどに関するハイブリッド駆動制御用のHV-ECU92と、電動式パワーステアリングシステムを構成する電動モータ72を制御するステアECU94と、ホイールブレーキ76の制動力Fbrを調整するブレーキ油圧シリンダ74を制御するブレーキECU96と、後述する自動運転走行(自動運転制御)を実行するための自動運転ECU98と、を含んでいる。各ECUは、例えばCPU、RAM、ROM、入出力インターフェース等を備えた所謂マイクロコンピュータを含んで構成されており、CPUはRAMの一時記憶機能を利用しつつ予めROMに記憶されたプログラムに従って信号処理を行うことにより車両10の各種制御を実行する。
HV-ECU92は、ハイブリッド走行を実現するためのハイブリッド制御手段すなわちハイブリッド制御部150、および、自動変速機24の変速を制御するための変速制御手段すなわち変速制御部154を機能的に備えている。ステアECU94は、電動モータ72を制御してステアリングホイール64の操舵角θswを調整するためのステアリング制御手段すなわちステアリング制御部156を機能的に備えている。ブレーキECU96は、各車輪(前輪14fおよび後輪14r)に備えられるブレーキ油圧シリンダ74の作動油の油圧Pbrを制御して各車輪の制動力Fbrを調整するためのブレーキ制御手段すなわちブレーキ制御部158を機能的に備えている。自動運転ECU98は、車両10の自動運転走行を実現するための自動運転制御手段すなわち自動運転制御部160、および、追従走行を実現するための追従走行制御手段すなわち追従走行制御部162を、機能的に備えている。
ハイブリッド制御部150は、エンジン12の作動を制御するエンジン制御手段すなわちエンジン制御部150aとしての機能と、インバータ52を介して電動機MGの作動を制御する電動機制御手段すなわち電動機制御部150bとしての機能と、K0クラッチ20の作動状態を制御するクラッチ制御手段すなわちクラッチ制御部150cとしての機能と、を含んでおり、それらの制御機能によりエンジン12および電動機MGによるハイブリッド駆動制御等を実行する。
ハイブリッド制御部150は、例えば走行要求量マップにアクセル開度θaccおよび車速Vを適用することで、ドライバーによる車両10に対する走行要求量を算出する。前記走行要求量マップは、予め実験的に或いは設計的に求められて記憶された関係すなわち予め定められた関係である。前記走行要求量は、例えば後輪14rにおける要求走行トルクTrdemである。要求走行トルクTrdem[Nm]は、見方を換えればそのときの車速Vにおける要求走行パワーPrdem[W]である。前記走行要求量としては、後輪14rにおける要求駆動力Frdem[N]、変速機出力軸26における要求AT出力トルク等を用いることもできる。前記走行要求量の算出では、車速Vに替えてAT出力回転速度Noなどを用いても良い。
ハイブリッド制御部150は、伝達損失、補機負荷、自動変速機24の変速比γat、バッテリ54の充電可能電力Winや放電可能電力Wout等を考慮して、要求走行トルクTrdemを実現するように、エンジン12を制御するエンジン制御指令信号Seと、電動機MGを制御するMG制御指令信号Smと、を出力する。エンジン制御指令信号Seは、例えばそのときのエンジン回転速度NeにおけるエンジントルクTeを出力するエンジン12のパワーであるエンジンパワーPeの指令値である。MG制御指令信号Smは、例えばそのときのMG回転速度NmにおけるMGトルクTmを出力する電動機MGの消費電力Wmの指令値である。
バッテリ54の充電可能電力Winは、バッテリ54の入力電力の制限を規定する入力可能な最大電力であり、バッテリ54の入力制限を示している。バッテリ54の放電可能電力Woutは、バッテリ54の出力電力の制限を規定する出力可能な最大電力であり、バッテリ54の出力制限を示している。バッテリ54の充電可能電力Winや放電可能電力Woutは、例えばバッテリ温度THbat及びバッテリ54の充電量(充電残量)に相当する充電状態値SOC[%]に基づいて電子制御装置90により算出される。バッテリ54の充電状態値SOCは、バッテリ54の充電状態を示す値であり、例えばバッテリ充放電電流Ibat及びバッテリ電圧Vbatなどに基づいて電子制御装置90により算出される。
ハイブリッド制御部150は、電動機MGの出力のみで要求走行トルクTrdemを賄える場合には、走行モードをモータ走行(=EV走行)モードとする。ハイブリッド制御部150は、EV走行モードでは、K0クラッチ20の解放状態で電動機MGのみを駆動力源として走行するEV走行を行う。一方で、ハイブリッド制御部150は、少なくともエンジン12の出力を用いないと要求走行トルクTrdemを賄えない場合には、走行モードをエンジン走行モードすなわちハイブリッド走行(=HV走行)モードとする。ハイブリッド制御部150は、HV走行モードでは、K0クラッチ20の係合状態で少なくともエンジン12を駆動力源として走行するエンジン走行すなわちHV走行を行う。他方で、ハイブリッド制御部150は、電動機MGの出力のみで要求走行トルクTrdemを賄える場合であっても、バッテリ54の充電状態値SOCが予め定められたエンジン始動閾値未満となる場合やエンジン12の暖機が必要な場合などには、HV走行モードを成立させる。前記エンジン始動閾値は、エンジン12を強制的に始動してバッテリ54を充電する必要がある充電状態値SOCであることを判断するための予め定められた閾値である。このように、ハイブリッド制御部150は、要求走行トルクTrdem等に基づいて、HV走行中にエンジン12を自動停止したり、エンジン停止後にエンジン12を再始動したり、EV走行中にエンジン12を始動したりする、間欠運転を実施して、EV走行モードとHV走行モードとを切り替える。
変速制御部154は、例えば予め定められた関係である変速マップを用いて自動変速機24の変速判断を行い、必要に応じて自動変速機24の変速制御を実行するためのCB油圧制御指令信号Scbを油圧制御回路56へ出力する。前記変速マップは、例えば車速V及び要求走行トルクTrdemを変数とする二次元座標上に、自動変速機24の変速が判断される為の変速線を有する所定の関係である。前記変速マップでは、車速Vに替えてAT出力回転速度Noなどを用いても良いし、又、要求走行トルクTrdemに替えて要求駆動力Frdemやアクセル開度θaccやスロットル弁開度θthなどを用いても良い。
ステアリング制御部156は、電動モータ72を制御することにより、運転者によるステアリングホイール64の操作量や車速Vに応じたアシスト力を発生させる。また、ステアリング制御部156は、自動運転走行中において、自動運転ECU98から出力される、ステアリングホイール64の操舵角θswを調整するための操舵指令信号Ssteerに基づいて操舵角θswを調整する。
ブレーキ制御部158は、ブレーキ油圧シリンダ74の作動油の油圧Pbrを、ブレーキペダルのブレーキ操作量Braに応じた油圧値に制御することで、各車輪(前輪14f及び後輪14r)に制動力Fbrを発生させる。また、ブレーキ制御部158は、例えば旋回走行中において、所定の車輪に適宜制動力Fbrを付与することで、車両10の横滑りを抑制する。また、ブレーキ制御部158は、自動運転走行中において、自動運転ECU98から出力される、ホイールブレーキ76の制動力Fbrを調整するための制動力指令信号Sbrakeに基づいて、各車輪に設けられるブレーキ油圧シリンダ74の作動油の油圧Pbrすなわち各車輪の制動力Fbrを調整する。
自動運転制御部160は、自動運転走行に切り替える自動運転選択スイッチが押されると、運転者による操作に依存することなく車両10を制御して自動運転走行を実行する自動運転制御を開始する。自動運転制御部160は、地図情報等に基づく道路情報および車両周辺情報センサ124によって検出される車両10周辺に関する各種情報から、各種センサ(エンジン回転速度センサ100など)によって検出される車両状態(エンジン回転速度Neなど)を表す各種情報等を考慮して、車両10が適切に走行させられるように、車両10の走行要求値である要求走行トルクTrdem、ステアリングホイール64の操舵角θsw、ホイールブレーキ76の制動力Fbr等の各種要求値(目標値)を随時算出する。自動運転制御部160は、各種要求値を算出すると、算出された各種要求値を目標にして車両10を走行させる指令を、ハイブリッド制御部150、変速制御部154、ステアリング制御部156、およびブレーキ制御部158にそれぞれ出力する。
自動運転制御部160は、自動運転走行中において、車両10の要求走行トルクTrdemを算出すると、算出された要求走行トルクTrdemを出力する駆動力指令信号SdriveをHV-ECU92に出力する。これを受けて、ハイブリッド制御部150は、算出された要求走行トルクTrdemが駆動輪である後輪14から出力されるように、エンジン12、電動機MG、及びK0クラッチ20を制御する。また、変速制御部154は、ハイブリッド制御部150に協調して、算出された要求走行トルクTrdemが後輪14から出力されるように、自動変速機24の変速を制御する。
また、自動運転制御部160は、ステアリングホイール64の操舵角θswの要求値θwdemを算出すると、ステアリングホイール64の操舵角θswを算出された要求値θwdemに制御する操舵指令信号SsteerをステアECU94に出力する。これを受けて、ステアリング制御部156は、電動モータ72を駆動させることにより、ステアリングホイール64の操舵角θswが要求値θwdemとなるように電動モータ72を制御する。
また、自動運転制御部160は、各ホイールブレーキ76の制動力Fbrの要求値Fbrdemを算出すると、各ホイールブレーキ76の制動力Fbrを算出された要求値Fbrdemに制御する制動力指令信号SbrakeをブレーキECU96に出力する。これを受けて、ブレーキ制御部158は、ブレーキ油圧シリンダ74を駆動させることにより、ホイールブレーキ76の制動力Fbrが要求値Fbrdemとなるように制御する。このように、自動運転制御部160は、ハイブリッド制御部150、変速制御部154、ステアリング制御部156、およびブレーキ制御部158と協調して、車両10の自動運転走行すなわち自動運転制御を実行する。
追従走行制御部162は、追従走行に切り替える追従走行選択スイッチが押されると、前方を走行する車両(先行車)に追従して走行するように車両10を制御する追従走行を実行する。例えば、追従走行制御部162は、前方を走行する先行車を検知すると、その先行車の車速変化に合わせて適切な車間距離を維持できる要求走行トルクTrdemを算出し、算出された要求走行トルクTrdemを出力する駆動力指令信号SdriveをHV-ECU92に出力する。これを受けて、ハイブリッド制御部150および変速制御部154は、算出された要求走行トルクTrdemが後輪14rから出力されるように、エンジン12、電動機MG、K0クラッチ20、および自動変速機24を制御する。
また、追従走行制御部162は、前方に先行車が検知されない場合、予め設定されている追従走行における車速で車両10が走行されるように制御する。追従走行制御部162は、例えば追従走行における車速(目標車速)と現在の車速Vとの差分に基づいて要求走行トルクTrdemを算出し、算出された要求走行トルクTrdemを出力する駆動力指令信号SdriveをHV-ECU92に出力する。
また、追従走行制御部162は、例えば、前方を走行する先行車が急減速するなどして、大きな減速力が必要になった場合には、各ホイールブレーキ76の制動力Fbrの要求値Fbrdemを算出し、各ホイールブレーキ76の制動力Fbrを算出された要求値Fbrdemに制御する制動力指令信号SbrakeをブレーキECU96に出力する。これを受けて、ブレーキ制御部158は、ブレーキ油圧シリンダ74の作動油の油圧Pbrを制御して、各ホイールブレーキ76の制動力Fbrが要求値Fbrdemとなるように制御する。
また、ハイブリッド制御部150は、走行状態の変化に基づいてモータ走行モードからハイブリッド走行モードに切り替える判断(すなわちエンジン12を始動させる判断)が為された場合、または、バッテリ54の充電状態値SOCの低下や暖機等でエンジン12を始動させる判断が為された場合に、エンジン12を始動させる始動制御手段すなわち始動制御部164を機能的に備えている。
始動制御部164は、エンジン12を始動させる判断が為された場合、後述するエンジン始動方法の何れかを選択し、選択されたエンジン始動方法でエンジン12を始動させる。始動制御部164は、高回転エンジン始動部166、着火エンジン始動部168、圧縮行程エンジン始動部170、および吸気行程エンジン始動部172、のエンジン12を始動させる複数のエンジン始動部を機能的に備えている。始動制御部164は、車両10の状態に応じて、これら各エンジン始動部166、168、170、172の何れかにエンジン12を始動させる。
高回転エンジン始動部166は、エンジン12のエンジン回転速度Neを予め設定されている所定回転速度Ne1(例えば600rpm程度)まで引き上げた後、エンジン12の気筒200(図4参照)内への燃料噴射および点火を実施する。高回転エンジン始動部166は、エンジン12を始動させる指令を受けると、クラッチ制御部150cと協調してK0クラッチ20を係合させつつ、電動機MGからエンジン12を回転させるためのクランキングトルクTcraを付与することにより、エンジン12のエンジン回転速度Neを引き上げる。また、高回転エンジン始動部166は、エンジン回転速度Neが所定回転速度Ne1に到達すると、エンジン12の気筒200内の燃焼室202に燃料を噴射して点火させることでエンジン12を始動させる。なお、高回転エンジン始動部166が、本発明の第1エンジン始動部に対応している。
上述した高回転エンジン始動部166の実施するエンジン始動方法(以下、高回転始動という)では、エンジン12の気筒200内の燃焼室202に燃料を噴射したときには、エンジン12の気筒200内の燃焼室202で気流が発生しているため、燃料がエンジン12の燃焼室202(図4参照)の壁に付着しにくくなり、点火したときに燃料が好適に燃焼させられる。従って、排気ガスに含まれる粒子状物質(以下、PM)の排出量の増加が抑えられる。一方、エンジン回転速度Neを所定回転速度Ne1まで回転させるため、エンジン12のトルク応答が遅くなる。また、電動機MGから伝達されるエンジン回転速度Neを引き上げるのに必要なクランキングトルクTcraも大きくなるため、電動機MGから出力可能な走行トルクTrが相対的に小さくなる。その結果、モータ走行モードで走行可能なEV領域が狭くなる。これに関連して、エンジン12を作動させる時間が長くなることから燃料消費量が増加し、燃費の悪化(燃料消費量の増加)に繋がる。
図3は、電動機MGの出力性能を示している。図3において、横軸が電動機MGのMG回転速度Nmを示し、縦軸が電動機MGのMGトルクTmを示している。図3において、MG定格値が電動機MGの出力可能な閾値に対応しており、電動機MGは、MG定格値の範囲内で駆動させることができる。エンジン始動時には、電動機MGは、車両10の走行に必要な走行トルクTrと、エンジン12を回転させる(クランキング)に必要なクランキングトルクTcraと、の合算値(=Tr+Tcra)となるMGトルクTmを出力する必要が生じる。従って、クランキングトルクTcraが大きくなると、クランキングトルクTcraの増加に応じて走行トルクTrが相対的に小さくなる。これより、クランキングトルクTcraが大きくなるに従って、モータ走行モードで走行可能なEV領域(図3において斜線の領域)が狭くなり、速やかにエンジン12を始動させる必要が生じる。見方を変えれば、走行トルクTrとクランキングトルクTcraとの合算値が、電動機MGの出力可能な定格値を超える前に、エンジン12を始動させる必要が生じるため、クランキングトルクTcraが大きくなるほど早期にエンジン12を始動させる必要が生じ、その結果、EV領域が狭くなる。
着火エンジン始動部168は、エンジン12を構成する複数個の気筒200のうち、ピストン216が膨張行程の位置で停止している状態の気筒200内の燃焼室202に、燃料を噴射して点火させることにより、エンジン12を始動させる。
図4は、エンジン12の構造を説明する図である。エンジン12は、例えばV型6気筒の4サイクルの直噴式ガソリンエンジンである。エンジン12は、気筒(シリンダ)200内に形成された燃焼室202に、燃料噴射装置204によりガソリン(燃料)が高圧微粒子状態で直接噴射されるようになっている。
エンジン12は、吸気通路206から吸気弁(吸気バルブ)208を介して空気が燃焼室202に流入するとともに、その燃焼室202から排気弁(吸気バルブ)210を介して排気通路212へ排気ガスが排出されるようになっており、所定のタイミングで点火装置214によって点火されることにより燃焼室202内の混合気が爆発燃焼してピストン216が下方へ押し下げられる。
吸気弁208は、エンジン12が有するカム機構で構成された吸気弁駆動措置209により、エンジン連結軸34に連結されたクランク軸228の回転に同期して往復運動させられることで開閉させられる。また、排気弁210は、エンジン12が有するカム機構で構成された排気弁駆動装置211により、クランク軸228に同期して往復運動させられることで開閉させられる。吸気通路206は、サージタンク218を介して吸入空気量調整弁である電子スロットル弁220に接続されており、その電子スロットル弁220のスロットル弁開度θthに応じて吸気通路206から燃焼室202に流入する吸入空気量が制御される。
ピストン216は、気筒200内に軸方向の摺動可能に嵌合されているとともに、コネクティングロッド222を介してクランク軸228のクランクピン224に連結されている。また、クランクピン224とクランク軸228とが、クランクアーム226を介して連結されている。これより、ピストン216の往復運動に連動して、クランク軸228が、矢印Rで示す方向に回転させられる。
エンジン12は、1気筒についてクランク軸228の2回転で、吸入工程、圧縮行程、膨張(爆発)工程、排気行程の4工程が行われ、この4工程が繰り返されることでクランク軸228が連続的に回転させられる。エンジン12の各ピストン216は、それぞれ位相がずれるように構成されることで、それぞれ異なるタイミングで爆発燃焼させられる。
また、エンジン12は、直噴エンジンであるため、エンジン12の回転開始当初から気筒200内の燃焼室202に燃料を直接噴射して点火する着火始動によりエンジン12を始動させることができる。着火始動とは、ピストン216が圧縮行程の後の上死点(TDC)からクランク軸228が所定角度だけ回転し、吸気弁208および排気弁210がともに閉じている膨張行程の角度範囲で停止している状態で、気筒200内の燃焼室202に燃料噴射装置204によって燃料を噴射し、点火装置214によって点火することにより、その気筒200内の混合気を爆発燃焼させてエンジン12を始動させるエンジン始動方法である。この着火始動は、電動機MGによるクランキングなしにエンジン12を始動させることができる。図4において、実線で示すピストン216の位置、すなわちクランクピン224のA位置が、ピストン216が上死点から所定角度だけ回転した膨張行程の位置に対応している。ピストン216が実線で示す位置にある状態で、燃焼室202に燃料噴射装置204によって燃料が噴射され、点火装置214によって点火されると、燃焼室202で燃料が燃焼させられて爆発が発生し、ピストン216が下方に押し下げられる。
着火エンジン始動部168は、上述した着火始動によってエンジン12を始動させる。着火エンジン始動部168は、エンジン12を構成する複数個の気筒200のうち、ピストン216が膨張行程(クランクピン224のA位置に対応)の位置の角度範囲にある気筒200(膨張行程気筒)内の燃焼室202に燃料を直接噴射して点火させることで、エンジン12を始動させる(着火始動)。
着火エンジン始動部168が実行する着火始動では、ピストン216の停止した状態から燃料噴射および点火が実行されるため、エンジン12が速やかに始動させられ、エンジントルクTeのトルク応答も早くなる。また、電動機MGからのクランキングトルクTcraをゼロまたは略ゼロに低減できるため、電動機MGのMGトルクTmを、専ら走行トルクTrとして使用することができる。その結果、モータ走行モードで走行可能なEV領域を拡げることができ、エンジン12を始動させるタイミングを遅くできるため、燃料消費量が減少して燃費の向上に繋がる。一方で、ピストン216が停止した状態すなわち燃焼室202内に気流が発生していない状態から燃焼室202に燃料が噴射されるため、噴射された燃料が燃焼室202を形成する壁に付着しやすくなる。この状態で点火されると、排気ガスに含まれるPMの排出量が増加しやすくなる。
圧縮行程エンジン始動部170は、エンジン12を構成する複数個の気筒200のうち、ピストン216が圧縮行程の位置で停止している状態の気筒200(圧縮行程気筒)の燃焼室202に燃料を噴射しつつ電動機MGによってエンジン12を回転させ、ピストン216が上死点を通過すると点火させることでエンジン12を始動させる(圧縮行程始動)。ピストン216の圧縮行程の位置は、図4において破線で示すピストン216の位置であり、クランクピン224のB位置に対応している。ピストン216の圧縮行程の位置では、吸気弁208および排気弁210が共に閉じた状態で、燃焼室202の空気が圧縮された状態になっている。
圧縮行程エンジン始動部170は、複数個の気筒200のうち、ピストン216が圧縮行程の位置で停止している気筒200内の燃焼室202に燃料を噴射しつつ、電動機MGのクランキングトルクTcraによってクランク軸228を回転させ、ピストン216が上死点(TDC)を通過して膨張行程に入るタイミングで点火させることで、燃焼室202内で爆発を発生させてピストン216を押し下げ、エンジン12を始動させる。このとき、電動機MGのクランキングトルクTcraによってエンジン12が回転させられるように、クラッチ制御部150cが、圧縮行程エンジン始動部170と協調してK0クラッチ20のクラッチトルクTk0を制御する。
圧縮行程エンジン始動部170が実行するエンジン始動方法である圧縮行程始動では、ピストン216が圧縮行程の位置から膨張行程の位置まで、電動機MGのクランキングトルクTcraによって移動させるため、前記着火始動に比べてクランキングトルクTcraが大きくなる。従って、圧縮行程始動では、着火始動に比べて走行トルクTrが小さくなり、EV領域も狭くなる。すなわち、圧縮行程始動では、着火始動に比べてエンジン12を早期に作動させる必要が生じるため、燃料消費量が増加し燃費の悪化に繋がる。また、エンジントルクTeのトルク応答についても、エンジン12をクランキングさせる分だけ着火始動に比べて遅くなる。しかしながら、圧縮行程始動においても、ピストン216が僅かに動いた状態から燃料噴射および点火が実行されるだけであるため、着火始動と比べて大きな差はなく、前記高回転始動と比べると、エンジントルクTeのトルク応答が早く、EV領域を広くできることで燃料消費量も少なくて済む(燃費向上)。
また、圧縮行程始動では、電動機MGによるクランキングによってピストン216が移動し、着火始動に比べると燃焼室202内で気流が生じることから、着火始動に比べて燃料が燃焼室202の壁に付着しにくくなる。従って、エンジン始動時の排気ガスに含まれるPMの排出量が、着火始動に比べて少なくなる。しかしながら、燃焼室202で発生する気流は、前記高回転始動に比べると僅かであるため、前記高回転始動に比べると、排気ガスに含まれるPMの排出量は増加する。
吸気行程エンジン始動部172は、エンジン12を構成する複数個の気筒200のうち、ピストン216が吸気行程の位置で停止している状態の気筒200(吸気行程気筒)の燃焼室202に燃料を噴射しつつ電動機MGによってエンジン12を回転させ、ピストン216が上死点を通過すると点火させることでエンジン12を始動させる(圧縮行程始動)。ピストン216の吸気行程の位置は、図4において一点鎖線で示すピストン216の位置であり、クランクピン224のC位置に対応している。ピストン216の吸気行程では、吸気弁208が開いた状態である一方で排気弁210が閉じた状態となり、その状態からピストン216が下死点(BDC)を通過して圧縮行程に入ると、吸気弁208が閉じられる。
吸気行程エンジン始動部172は、吸気行程で停止しているピストン216に燃料を噴射しつつ、電動機MGのクランキングトルクTcraによってクランク軸228を回転させ、ピストン216が上死点(TDC)を通過して膨張行程に入るタイミングで点火させることで、燃焼室202で爆発を発生させてピストン216を押し下げ、エンジン12を始動させる。このとき、電動機MGのクランキングトルクTcraによってエンジン12が回転させられるように、クラッチ制御部150cが、吸気行程エンジン始動部172と協調してK0クラッチ20のクラッチトルクTk0を制御する。
吸気行程エンジン始動部172が実行するエンジン始動方法である吸気行程始動では、ピストン216が吸気行程の位置から膨張行程の位置まで、電動機MGのクランキングトルクTcraによって移動させるため、前記圧縮行程始動に比べてクランキングトルクTcraが大きくなる。従って、吸気行程始動では、圧縮行程始動に比べて走行トルクTrが小さくなり、EV領域も狭くなる。すなわち、吸気行程始動では、圧縮行程始動に比べてエンジン12を早期に作動させる必要が生じるため、燃料消費量が増加し燃費の悪化に繋がる。また、エンジントルクTeのトルク応答についても、吸気行程始動よりもエンジン12をさらにクランキングさせる分だけ遅くなる。しかしながら、吸気行程始動制御においても、ピストン216が僅かに動いた状態から燃料噴射および点火が実行されるだけであるため、着火始動および圧縮行程始動と比べて大きな差はなく、前記高回転始動と比べると、エンジントルクTeの応答が早く、EV領域を広くできることで燃料消費量も少なくて済む(燃費向上)。
また、吸気行程始動では、圧縮行程始動と比べて電動機MGのクランキングによるエンジン12の回転量が大きいため、燃焼室202で発生する気流も圧縮行程始動に比べて相対的に大きくなる。その結果、吸気行程始動では、圧縮行程始動と比べて、燃料が燃焼室202の壁に付着しにくくなり、排ガスに含まれるPMの排出量が圧縮行程始動と比べて少なくなる。しかしながら、燃焼室202で発生する気流は、前記高回転始動に比べると僅かであるため、高回転始動に比べると、排気ガスに含まれるPMの量は増加する。
図5は、上述した、エンジン12の着火始動、圧縮行程始動、吸気行程始動、および高回転始動の4つのエンジン始動方法の特徴を比較している。図5において、1番上に着火始動の特徴が示され、次いで、圧縮行程始動、吸気行程始動、高回転始動の順番で各エンジン始動の特徴が示されている。上述したように、着火始動は、他のエンジン始動方法に比べて、エンジントルクTeのトルク応答が最も早く、クランキングトルクTcraが最小になる。また、モータ走行可能なEV領域も最大となり、これに関連して、燃料消費量が他のエンジン始動方法に比べて最小となり、燃費が最も良くなる。一方で、エンジン始動時の排気ガスに含まれるPMの排出量が最も多くなる。
また、圧縮行程始動は、着火始動に比べると、エンジントルクTeのトルク応答が遅くなり、クランキングトルクTcraが大きくなるものの、着火始動に比べてその差は僅かであり、一般には、トルク応答が早く、クランキングトルクTcraの小さいエンジン始動方法となる。また、圧縮行程始動は、着火始動に比べると、EV領域が狭くなり、燃費が悪くなるものの、着火始動に比べてその差は僅かであり、一般には、EV領域を広くできることで燃料消費量を少なくできる、燃費の良いエンジン始動方法となる。さらに、圧縮行程始動は、着火始動に比べると、PMの排出量が少なくなるものの、その差は僅かであり、一般には、PMの排出量が多いエンジン始動方法となる。
また、吸気行程始動は、着火始動および圧縮行程始動に比べると、エンジントルクTeのトルク応答が遅くなり、クランキングトルクTcraが大きくなるものの、一般には、トルク応答が早く、クランキングトルクTcraの小さいエンジン始動方法となる。また、吸気行程始動は、着火始動および圧縮行程始動に比べると、EV領域が狭くなり、燃費も悪くなるものの、一般には、EV領域が広くできることで燃料消費量を少なくできる、燃費の良いエンジン始動方法となる。さらに、吸気行程始動は、着火始動および圧縮行程始動に比べると、PMの排出量が少なくなるものの、一般にはPMの排出量が多いエンジン始動方法となる。
また、高回転始動は、上記各エンジン始動に比べてエンジントルクTeの応答が遅く、クランキングトルクTcraも大きくなるため、EV領域が上記各エンジン始動に比べて狭くなり、上記各エンジン始動に比べて燃費が悪くなる。一方で、PMの排出量については、上記各エンジン始動に比べて少なくなる。
従って、エンジントルクTeのトルク応答については、着火始動、圧縮行程始動、吸気行程始動、高回転始動の順番で早くなる。クランキングトルクTcraについては、着火始動、圧縮行程始動、吸気行程始動、高回転始動の順番で小さくなる。EV領域については、着火始動、圧縮行程始動、吸気行程始、高回転始動の順番で広くなる。燃費(燃料消費量)については、着火始動、圧縮行程始動、吸気行程始動、高回転始動の順番で良好すなわち燃料消費量が少なくなる。一方で、エンジン始動時のPMの排出量については、高回転始動、吸気行程始動、圧縮行程始動、着火始動の順番で少なくなる。
始動制御部164は、自動運転走行中または追従走行中にエンジン12を始動させる判断が為された場合のエンジン始動方法を選択し、エンジン12を始動させる判断が為された場合には、選択したエンジン始動方法でエンジン12を始動させる。
始動制御部164は、自動運転走行中または追従走行中にエンジン12を始動させる判断が為されたときのエンジン始動方法を選択するに当たって、先ず、PMの排出量が増加しやすい条件が成立しているかを判定する。PMの排出量は、エンジン12の燃焼室202を形成する壁の温度が低い場合に増加しやすい。そこで、燃焼室202の壁の温度関連値として、エンジン水温THw、または、直近のエンジン12が停止した時点を基準とするエンジン停止時間tpassに基づいて、燃焼室202の壁の温度が低温であるかが判定される。始動制御部164は、エンジン水温THwが予め設定されている所定温度THcri未満、または、エンジン停止時間tpassが予め設定されている所定時間tcri以上という条件が成立したかに基づいて、PMの排出量が増加しやすい条件が成立しているかを判定する。なお、始動制御部164が、本発明の粒子状物質の排出量が増加しやすい条件が成立したかを判定する制御部に対応している。
始動制御部164は、エンジン水温THwが所定温度THcri未満、または、エンジン停止時間tpassが所定時間tcri以上である場合、PMの排出量が増加しやすい条件が成立していると判定する。また、始動制御部164は、エンジン水温THwが所定温度THcri以上、または、エンジン停止時間tpassが所定時間tcri未満である場合、PMの排出量が増加しやすい条件が成立していない、言い換えれば、PMの排出量が増加しにくい条件が成立していると判定する。前記エンジン水温THwの所定温度THcri、および、前記エンジン停止時間tpassの所定時間tcriは、予め実験的または設計的に求められ、エンジン12の燃焼室202の壁の温度が低温になることで、PMの排出量が増加しやすくなるとされるエンジン水温THwおよびエンジン停止時間tpassの閾値にそれぞれ設定されている。
始動制御部164は、エンジン水温THwが所定温度THcri以上、または、エンジン停止時間tpassが所定時間tcri未満である場合、PMの排出量が増加しにくい条件が成立していると判定され、エンジン12を始動させる判断が為されたときのエンジン始動方法として、着火始動、圧縮行程始動、および吸気行程始動の何れかを選択し、着火エンジン始動部168、圧縮行程エンジン始動部170、および吸気行程エンジン始動部172の何れかにエンジン12を始動させる。このようにPMの排出量が増加しにくい条件が成立した場合には、エンジントルクTeのトルク応答性を優先した、着火始動、圧縮行程始動、吸気行程始動の何れかによってエンジン12が始動させられることで、エンジントルクTeのトルク応答性を確保でき、EV領域を拡大させることができる。その結果、燃料消費量を低減することができ、燃費を向上させることができる。
また、始動制御部164は、エンジン水温THwが所定温度THcri未満、または、エンジン停止時間tpassが所定時間tcri以上である場合、自動運転走行中にPMの排出量が増加しやすい条件が成立したと判定され、自動運転制御部160が随時算出する要求走行トルクTrdemが予め設定されている所定値α未満であるかを判定する。自動運転制御部160は、自動運転走行中において、将来の走行トルクTrである要求走行トルクTrdemを随時算出している。自動運転制御部160は、ナビゲーションシステム130からの現在位置周辺の道路情報(路面勾配、道路の種類など)、車両周辺情報センサ124からの先行車と車両10との距離および先行車の車速などの情報に基づいて、要求走行トルクTrdemを随時算出する。例えば、降坂路を走行中は、自動運転制御部160が随時算出する要求走行トルクTrdemが小さくなる。
始動制御部164は、自動運転制御部160が算出した要求走行トルクTrdemを参照し、要求走行トルクTrdemが所定値α未満であるかを判定する。ここで、所定値αは、予め実験的または設計的に求められ、走行トルクTrの速やな増加が望まれ、エンジン12を速やかに始動させる必要があるとされる閾値に設定されている。言い換えれば、要求走行トルクTrdemが所定値α未満の範囲は、要求走行トルクTrdemが所定値α以上の場合に比べて、走行トルクTrを速やかに増加させる必要性が低い、すなわち走行トルクTrの増加に遅れが許容され、エンジン12の始動にも遅れが許容される領域となる。例えば、自動運転走行時における降坂走行時や、比較的低速の先行車に対して所定距離を保持しつつ走行する追従走行時がその領域に対応している。
始動制御部164は、要求走行トルクTrdemが所定値α未満である場合、走行トルクTrを速やかに増加させる必要性の低い走行状態と判断し、エンジン12を始動させる判断が為されたときのエンジン12の始動方法として高回転始動を選択する。従って、自動運転走行中にエンジン12を始動させる判断が為されたとき、高回転エンジン始動部166がエンジン12を始動させる。前記高回転始動によってエンジン12を始動させる場合、上述したように、エンジントルクTeのトルク応答性が他のエンジン始動方法に比べて遅いため、エンジン12の始動に遅れが発生しやすい。これに対して、要求走行トルクTrdemが所定値α未満であることから、エンジン12の始動に遅れが生じ、走行トルクTrの増加に遅れが生じた場合であっても、車両10の走行に支障が生じる可能性が低い。また、高回転始動によってエンジン12が始動させられることで、排気ガスに含まれるPMの排出量の増加が抑えられる。
一方、始動制御部164は、要求走行トルクTrdemが所定値α以上である場合、走行トルクTrを速やかに増加させる必要性のある走行状態と判断し、エンジン12を始動させる判断がなされたときのエンジン12の始動方法として、着火始動、圧縮行程始動、および吸気行程始動の何れかを選択する。従って、自動運転走行中にエンジン12を始動させる判断が為されたとき、着火エンジン始動部168、圧縮行程エンジン始動部170、吸気行程エンジン始動部172の何れかがエンジン12を始動させる。始動制御部164は、例えば要求走行トルクTrdemが所定値αよりも著しく高い場合、エンジン12の始動方法として着火始動を選択し、エンジン12を始動させる判断が為されたとき、着火エンジン始動部168にエンジン12を始動させる。また、始動制御部164は、例えば要求走行トルクTrdemが所定値α以上であっても、要求走行トルクTrdemと所定値αとの差分が所定範囲である場合には、エンジン12の始動方法として、圧縮行程始動または吸気行程始動を選択し、自動運転走行中にエンジン12を始動させる判断が為されたとき、圧縮行程エンジン始動部170または吸気行程エンジン始動部172にエンジン12を始動させる。
要求走行トルクTrdemが所定値α以上になると、走行トルクTrを速やかに増加させる必要性があることから、エンジン12を速やかに始動させる必要があるが、この場合には、着火始動、圧縮行程始動、吸気行程始動の何れかによってエンジン12が速やか始動されることで、エンジントルクTeのトルク応答性も高くなり、速やかに要求走行トルクTrdemを実現させることができる。また、トルク応答性が高いことから、自動運転走行中のEV領域を拡大することもでき、その結果、燃料消費量の低減、すなわち燃費を向上させることができる。
また、始動制御部164は、先行車の追従走行中にエンジン水温THwまたはエンジン停止時間tpassに基づいて、PMの増加しやすい条件が成立したと判定された場合、追従走行制御部162が随時算出する要求走行トルクTrdemが所定値α未満であるかを判定する。追従走行制御部162は、追従走行中において、将来の走行トルクTrである要求走行トルクTrdemを随時算出している。追従走行制御部162は、先行車と車両10との距離、先行車の車速、路面勾配などの情報に基づいて、要求走行トルクTrdemを随時算出する。例えば、降坂路等を走行中は、追従走行制御部162が随時算出する要求走行トルクTrdemが小さくなる。
始動制御部164は、要求走行トルクTrdemが所定値α未満である場合、走行トルクTrを速やかに増加させる必要性の低い走行状態と判断し、エンジン12を始動させる判断が為されたときのエンジン12の始動方法として高回転始動を選択する。従って、追従走行中にエンジン12を始動させる判断が為されたとき、高回転エンジン始動部166がエンジン12を始動させる。前記高回転始動によってエンジン12を始動させる場合、エンジントルクTeのトルク応答が他のエンジン始動方法に比べて遅いため、エンジン12の始動に遅れが生じやすい。これに対して、要求走行トルクTrdemが所定値α未満であることから、エンジン12の始動に遅れが生じ、走行トルクTrの増加に遅れが生じた場合であっても、車両10の走行に支障が生じる可能性が低い。また、高回転始動によってエンジン12が始動させられることで、排気ガスに含まれるPMの排出量の増加が抑えられる。
一方、始動制御部164は、要求走行トルクTrdemが所定値α以上である場合、走行トルクTrを速やかに増加させる必要性のある走行状態と判断し、エンジン12を始動させる判断が為されたときのエンジン12の始動方法として、着火始動、圧縮行程始動、および吸気行程始動の何れを選択する。すなわち、追従走行中にエンジン12を始動させる判断が為されたとき、着火エンジン始動部168、圧縮行程エンジン始動部170、吸気行程エンジン始動部172の何れかがエンジン12を始動させる。なお、着火エンジン始動部168、圧縮行程エンジン始動部170、吸気行程エンジン始動部172の何れにエンジン12を始動させるかは、要求走行トルクTrdemなどに基づいて適宜選択される。要求走行トルクTrdemが所定値α以上になると、エンジン12を速やかに始動させる必要があるが、この場合には、着火始動、圧縮行程始動、吸気行程始動の何れかによってエンジン12が速やかに始動されることで、エンジントルクTeのトルク応答も早くなり、速やかに要求走行トルクTrdemを実現させることができる。また、トルク応答が速いことから、追従走行中のEV領域を拡大することもでき、その結果、燃料消費量の低減、すなわち燃費を向上させることができる。
図6は、電子制御装置90の制御作動の要部、すなわち自動運転走行中または追従走行中、且つ、モータ走行モードで走行中に、エンジン12を始動させる判断が為されたときのエンジン12の始動方法を適切に選択することで、エンジン12のトルク応答性を確保しつつ、PMの排出量の増加を抑える制御作動を説明するフローチャートである。このフローチャートは、自動運転走行中または追従走行中において繰り返し実行される。
先ず、自動運転制御部160または追従走行制御部162の制御機能に対応するステップST1(以下、ステップを省略する)において、車両周辺情報センサ124によって、前方を走行する先行車との距離や先行車の車速などの車両周辺情報が取得され、ナビゲーションシステム130によって、道路の勾配や道路の種類などの道路情報が取得される。次いで、始動制御部164の制御機能に対応するST2では、PMの排出量が増加しやすい条件が成立しているかが判定される。具体的には、エンジン水温THwが所定温度THcri未満であるか否か、または、エンジン12のエンジン停止時間tpassが所定時間tcri以上であるか否かが判定される。
ST2において、エンジン水温THwが所定温度THcri未満、または、エンジン停止時間tpassが所定時間tcriよりも長い場合、ST2が肯定され、ST3に進む。始動制御部164の制御機能に対応するST3では、ST1で取得された各種情報に基づいて、将来の走行トルクTrに相当する要求走行トルクTrdemが算出され、さらに、算出された要求走行トルクTrdemが所定値α未満であるかが判定される。要求走行トルクTrdemが所定値α未満である場合、ST3が肯定されてST4に進む。
始動制御部164および高回転エンジン始動部166の制御機能に対応するST4では、走行トルクTrを速やかに増加させる必要性が低いと判断されてPMの排出量の増加抑制が優先され、エンジン始動方法として高回転始動が選択される。すなわち、自動運転走行中にエンジン12を始動させる判断が為された場合には、高回転始動によってエンジン12が始動させられる。高回転始動によってエンジン12が始動させられることで、エンジン始動時にエンジン回転速度Neが所定回転まで引き上げられることで気筒200内に気流が発生するため、燃焼室202の壁に付着する燃料が低減される。従って、排気ガスに含まれるPMの排出量の増加が抑えられる。
ST3に戻り、要求走行トルクTrdemが所定値α以上である場合、走行トルクTrを速やかに増加させる必要性があると判断され、ST3が否定されてST5に進む。始動制御部164、着火エンジン始動部168、圧縮行程エンジン始動部170、吸気行程エンジン始動部172の制御機能に対応するST5では、エンジン12の始動方法として、エンジントルクTeのトルク応答性を優先した、着火始動、圧縮行程始動、吸気行程始動の何れかが選択される。これより、エンジン始動時には早期にエンジン12が始動させられ、エンジントルクTeのトルク応答性が確保される。
ST2に戻り、エンジン水温THwが所定温度THcri以上である場合、またはエンジン停止時間tpassが所定時間tcri未満である場合、ST2が否定されてST5に進み、エンジントルクTeのトルク応答性を優先したエンジン始動が実行される。これより、エンジン始動時には早期にエンジン12が始動させられ、エンジントルクTeのトルク応答性が確保される。
上記のように、PMの排出量が増加しやすい条件が成立し、且つ、要求走行トルクTrdemが所定値α未満の場合には、排気ガスに含まれるPMの排出量の増加が抑えられる高回転始動が選択され、エンジン始動時には高回転始動によってエンジン12が始動される。また、PMの排出量が増加しにくい条件が成立した場合、および、要求走行トルクTrdemが所定値α以上である場合には、エンジントルクTeのトルク応答性を優先したエンジン始動(着火始動、圧縮行程始動、吸気行程始動の何れか)が選択されることで、エンジン始動時のトルク応答性が高くなり、急な加速にも速やかに対応することができる。
ところで、自動運転走行で走行中において、自動運転制御部160が随時算出する要求走行トルクTrdemは、自動運転走行時に設定される走行条件に応じて変更される。例えば、自動運転走行で走行中の車速Vの上限が低速であるほど、要求走行トルクTrdemが小さくなる。そこで、始動制御部164は、自動運転走行で走行中に、エンジン始動時に排出されるPMの排出量が増加しやすい条件が成立しているかを判定し、PMの排出量が増加しやすい条件が成立している場合には、自動運転制御部160に対して、随時算出される要求走行トルクTrdemが小さくなるように、自動運転走行時に設定される走行条件を変更する指令を出力する。例えば、始動制御部164は、自動運転走行中の走行条件として、自動運転走行中の車速Vの上限値を低速側に変更する。これより、自動運転制御部160が随時算出する要求走行トルクTrdemが小さくなる。
自動運転制御部160が随時算出する要求走行トルクTrdemが小さくなると、随時算出される要求走行トルクTrdemが所定値α未満になりやすくなる。その結果、エンジン始動方法として、PMの排出量の増加が抑えられる高回転始動が選択されやすくなり、エンジン始動時に高回転始動によってエンジン12が始動させられることで、エンジン始動時に排出されるPMの排出量の増加が抑えられる。
図7は、電子制御装置90の制御機能の要部すなわち自動運転走行で走行中に算出される要求走行トルクTrdemを適宜修正することで、PMの排出量が増加しやすい条件が成立しているときのエンジン始動時に、PMの排出量の増加が抑えられる高回転始動が優先して実行されるようにする制御作動を説明するフローチャートである。このフローチャートは、自動運転走行で走行中であって、モータ走行モードで走行中に繰り返し実行される。
先ず、自動運転制御部160の制御機能に対応するステップST10(以下、ステップを省略する)では、車両周辺情報センサ124によって、前方を走行する先行車との距離や先行車の車速などの車両周辺情報が取得され、ナビゲーションシステム130によって、道路の勾配や道路の種類などの道路情報が取得される。次いで、自動運転制御部160の制御機能に対応するST11では、ST10で取得された車両周辺情報および道路情報などに基づいて、要求走行トルクTrdemが算出される。
始動制御部164の制御機能に対応するST12では、PMの排出量が増加しやすい条件が成立しているかが判定される。具体的には、エンジン水温THwが所定温度THcri未満であるか、または、エンジン12のエンジン停止時間tpassが所定時間tcri以上であるかに基づいて、PMの排出量が増加しやすいかが判定される。エンジン水温THwが所定温度THcri以上、または、エンジン停止時間tpassが所定時間tcri未満である場合、ST12が否定されてリターンされる。
エンジン水温THwが所定温度THcri未満、または、エンジン水温THwが所定温度THcri以上である場合、ST12が肯定されてST13に進む。始動制御部164および自動運転制御部160の制御機能に対応するST13では、エンジン始動時に高回転始動が優先して実施されるように、すなわち要求走行トルクTrdemが小さくなるように、自動運転走行中に設定される走行条件が変更される。また、変更された走行条件に基づいて要求走行トルクTrdemが再計算され、要求走行トルクTrdemが再計算された値に修正される。このように、要求走行トルクTrdemが減少側に修正されることで、自動運転走行中に高回転始動が選択されやすくなり、PMの排出量の増加が好適に抑えられる。
上述のように、本実施例によれば、車両10の走行トルクTrを速やかに増加させる必要性の低い走行状態の場合、エンジン始動時に排出されるPMの排出量の増加を抑える高回転エンジン始動部166がエンジン12を始動させる。走行トルクTrを速やかに増加させる必要性の低い走行状態では、エンジントルクTeのトルク応答性が要求されないため、このような場合には、高回転エンジン始動部166がエンジン12を始動させることで、エンジン始動時に排出されるPMの排出量の増加が抑えることができる。
また、本実施例によれば、自動運転走行中の要求走行トルクTrdemが所定値α未満の場合、走行トルクTrを速やかに増加させる必要性の低い走行状態と考えられるため、このとき高回転エンジン始動部166がエンジン12を始動させることで、エンジン始動中に排出されるPMの排出量の増加を抑えることができる。また、追従走行中の要求走行トルクTrdemが所定値α未満の場合、走行トルクTrを速やかに増加させる必要性の低い走行状態と考えられるため、このとき高回転エンジン始動部166がエンジン12を始動させることで、エンジン始動中に排出されるPMの排出量の増加を抑えることができる。また、エンジン12のエンジン水温THwが所定温度THcri未満であるか、または、エンジン12のエンジン停止時間tpassが所定時間tcri以上であるか、に基づいて、エンジン12の燃焼室202の壁の温度が低く、PMの排出量が増加しやすい条件が成立しているかが判定されるため、その条件が成立している場合に、高回転エンジン始動部がエンジン12を始動させることで、PMの排出量の増加を効率良く抑えることができる。また、高回転エンジン始動部166は、エンジン回転速度Neが予め設定されている所定回転速度Ne1に到達すると燃料の噴射および点火を開始するものであるため、エンジン12の燃焼室202で気流が発生することで燃料が燃焼室202の壁に付着しにくくなり、燃料が適切に燃焼させられる。その結果、排気ガスに含まれるPMの排出量が抑制される。また、走行トルクTrを速やかに増加させる必要性のある走行状態の場合には、着火エンジン始動部168、圧縮行程エンジン始動部170、および吸気行程エンジン始動部172の何れかがエンジン12を始動させるため、エンジントルクTeのトルク応答性が向上してドライバビリティが向上する。
つぎに、本発明の他の実施例を説明する。なお、以下の説明において前述の実施例と共通する部分には同一の符号を付して説明を省略する。
前述の実施例1では、自動運転走行中または追従走行中における要求走行トルクTrdemが随時算出され、算出された要求走行トルクTrdemが所定値α未満であるか否かに基づいて、エンジン始動時に実施されるエンジン始動方法が選択されていた。本実施例では、自動運転走行または追従走行で走行中には、例えば手動運転走行で走行している状態に場合に比べて、走行トルクTrを速やかに増加させる必要性の低い走行状態と判断され、エンジン始動方法として高回転始動が選択され、エンジン12を始動させる判断が為されると、高回転始動によってエンジン12を始動させる。
図8は、本実施例の電子制御装置180を構成する各ECUの要部を説明する機能ブロック線図である。電子制御装置180は、HV-ECU182と、ステアECU94と、ブレーキECU96と、自動運転ECU98と、を備えている。ステアECU94が機能的に備えるステアリング制御部156、ブレーキECU96が機能的に備えるブレーキ制御部158、自動運転ECU98が機能的に備える自動運転制御部160および追従走行制御部162の制御機能については、前述の実施例と変わらないため、その説明を省略する。
HV-ECU182は、エンジン制御部150a、電動機制御部150b、クラッチ制御部150c、変速制御部154、および始動制御部184を機能的に備えている。エンジン制御部150a、電動機制御部150b、クラッチ制御部150c、および変速制御部154の制御機能については、前述の実施例と変わらないため、その説明を省略する。
始動制御部184は、高回転エンジン始動部166、着火エンジン始動部168、圧縮行程エンジン始動部170、吸気行程エンジン始動部172を機能的に備えている。これら高回転エンジン始動部166、着火エンジン始動部168、圧縮行程エンジン始動部170、吸気行程エンジン始動部172の制御機能については、前述の実施例と変わらないため、その説明を省略する。
始動制御部184は、自動運転走行中および追従走行中において、PMの排出量が増加しやすい条件が成立しているかを判定する。PMの排出量が増加しやすい条件が成立しているかの判定方法は、前述の実施例と同じであるためその説明を省略する。始動制御部184は、自動運転走行中にPMの排出量が増加しやすい条件が成立している判定され、且つ、自動運転走行中である場合に、走行トルクTrを速やかに増加させる必要性の低い走行状態と判断し、エンジン12の始動方法として高回転始動を選択する。すなわち、自動運転走行中にエンジン12を始動させる判断が為されると、高回転エンジン始動部166がエンジン12を始動させる。また、始動制御部184は、追従走行中にPMの排出量が増加しやすい条件が成立していると判定され、且つ、追従走行中である場合に、走行トルクTrを速やかに増加させる必要性の低い走行状態と判断し、エンジン12の始動方法として高回転始動を選択する。すなわち、追従走行中にエンジン12を始動させる判断が為されると、高回転エンジン始動部166がエンジン12を始動させる。このように、自動運転走行中および追従走行中にPMの排出量が増加しやすいと条件が成立した場合、エンジン12の始動方法として高回転始動が選択され、エンジン12を始動させる判断が為された場合には、高回転始動によってエンジン12が始動させられる。
自動運転走行中および追従走行中は、要求走行トルクTrdemに対して走行トルクTrの追従に遅れが生じても運転者は違和感を殆ど感じないことから、自動運転走行中および追従走行中である場合には、走行トルクTrを速やかに増加させる必要性の低い走行状態と判断され、エンジン始動方法として高回転始動が選択される。その結果、エンジン始動時には高回転始動によってエンジン12が始動させられることで、PMの排出量の増加が効果的に抑えられる。また、PMの排出量が増加しにくい条件が成立している状態では、エンジン始動方法として、着火始動、圧縮行程始動、および吸気行程始動の何れかが選択される。また、自動運転走行および追従走行以外での走行中、すなわち運転者の運転による走行中は、運転者の操作に基づく要求走行トルクTrdemを速やか実現することが好ましいため、走行トルクTrを速やかに増加させる必要性のある走行状態と判断される。その結果、、エンジン始動方法として、着火始動、圧縮行程始動、および吸気行程始動の何れかが選択される。エンジン始動時に、着火始動、圧縮行程始動、吸気行程始動の何れかによってエンジン12が始動させられることで、エンジン12のトルク応答性が向上し、EV領域を拡大させることができる。その結果、燃料消費量が減少して燃費を向上させることができる。
図9は、電子制御装置180の制御作動の要部、すなわち自動運転走行中または追従走行中、且つ、モータ走行モードで走行中に、エンジン12を始動させる判断が為されたときのエンジン12の始動方法を適切に選択することで、エンジン12のトルク応答性を確保しつつ、PMの排出量の増加を抑える制御作動を説明するフローチャートである。このフローチャートは、自動運転走行中または追従走行中において繰り返し実行される。
先ず、自動運転制御部160および追従走行制御部162の制御機能に対応するステップST20(以下、ステップを省略する)では、自動運転走行中または追従走行中であるかが判定される。ST20が肯定される場合、走行トルクTrを速やかに増加させる必要性のある走行状態と判断されてST21に進み、ST20が否定される場合にST23に進む。
始動制御部184の制御機能に対応するST21では、PMの排出量が増加しやすい条件が成立しているかが判定される。具体的には、エンジン水温THwが所定温度THcri未満であるか否か、または、エンジン12のエンジン停止時間tpassが所定時間tcri以上であるか否かが判定される。ST21が肯定される場合にST22に進み、ST21が否定される場合にST23に進む。
始動制御部184および高回転エンジン始動部166の制御機能に対応するST22では、PMの排出量の増加抑制が優先され、エンジン始動方法として高回転始動が選択される。すなわち、自動運転走行中または追従走行中にエンジン12を始動させる判断が為された場合には、高回転始動によってエンジン12が始動させられる。
ST20が否定された場合、または、ST21が否定された場合、始動制御部184、着火エンジン始動部168、圧縮行程エンジン始動部170、および吸気行程エンジン始動部172の制御機能に対応するST23に進み、エンジン12の始動方法として、エンジントルクTeのトルク応答性を優先した、着火始動、圧縮行程始動、吸気行程始動の何れかが選択される。これより、エンジン12の始動時には早期にエンジン12が始動させられ、エンジントルクTeのトルク応答性が確保される。
上述のように、自動運転走行中および追従走行中は、走行トルクTrを速やかに増加させる必要性の低い走行状態と考えられることから、自動運転走行中または追従走行中にエンジン12を始動させる場合には、エンジン始動方法として高回転始動が選択され、エンジン始動時には高回転始動によってエンジン12が始動させられることで、エンジン始動時に排出されるPMの排出量の増加が抑えられる。また、自動運転走行および追従走行以外の走行状態では、走行トルクTrを速やかに増加させる必要性のある走行状態と考えられることから、エンジン始動方法として、着火始動、圧縮行程始動、吸気行程始動の何れかが選択され、エンジン始動時には、着火始動、圧縮行程始動、吸気行程始動の何れかによってエンジン12が始動させられることで、エンジントルクTeの応答性を確保できる。これに関連して、EV領域を拡大することができるため、燃料消費量を低減でき、燃費を向上させることができる。このように、本実施例によっても、前述の実施例と同様の効果を得ることができる。
以上、本発明の実施例を図面に基づいて詳細に説明したが、本発明はその他の態様においても適用される。
例えば、前述の実施例1では、始動制御部164は、自動運転走行中に算出される要求走行トルクTrdemが所定値α未満である場合、および、追従走行中に算出される要求走行トルクTrdemが所定値α未満である場合であって、且つ、PMの排出量が増加しやすい条件が成立した場合に、エンジン12の始動方法として高回転始動が選択され、エンジン12を始動させる判断が為されると、高回転エンジン始動部166にエンジン12を始動させるものであったが、PMの排出量が増加しやすい条件が成立したかの判断は必須ではなく省略して実施しても構わない。すなわち、自動運転走行中に算出される要求走行トルクTrdemが所定値α未満である場合、および、追従走行中に算出される要求走行トルクTrdemが所定値α未満である場合には、高回転始動によってエンジン12が始動させられるものであっても構わない。
また、前述の実施例2では、始動制御部184は、自動運転走行中および追従走行中にエンジン12を始動させる判断が為されると、エンジン始動方法として高回転始動が選択され、エンジン12を始動させる判断が為されると、高回転エンジン始動部166にエンジン12を始動させるものであったが、PMの排出量が増加しやすい条件が成立したかの判断は必須ではなく省略して実施しても構わない。すなわち、自動運転走行中および追従走行中にエンジン12を始動させる判断が為されると、高回転始動によってエンジン12が始動させられるものであっても構わない。
また、前述の実施例1では、自動運転走行中(または追従走行中)の要求走行トルクTrdemが所定値α以上、または、PMの排出量が増加しにくい条件が成立した場合、着火始動、圧縮行程始動、および吸気行程始動の何れかによってエンジン12が始動させられるものであったが、必ずしもこれらのエンジン始動方法を全て有さなくても構わない。すなわち、着火始動、圧縮行程始動、および吸気行程始動の少なくとも1つによって、エンジン12を始動可能に構成されるものであれば良い。
また、前述の実施例2では、自動運転走行および追従走行中以外の走行時(すなわち手動運転走行時)、または、PMの排出量が増加しにくい条件が成立した場合、着火始動、圧縮行程始動、および吸気行程始動の何れかによってエンジン12が始動させられるものであったが、必ずしもこれらのエンジン始動方法を全て有さなくても構わない。すなわち、着火始動、圧縮行程始動、および吸気行程始動の少なくとも1つによって、エンジン12を始動可能に構成されるものであれば良い。
また、前述の実施例1では、自動運転走行中および追従走行中における要求走行トルクTrdemが所定値α未満か否かに基づいてエンジン12のエンジン始動方法が選択されるものであったが、自動運転走行および追従走行の何れか一方について、本願発明が適用されるものであっても構わない。前述の実施例2についても同様に、自動運転走行および追従走行の何れか一方について、本願発明が適用されるものであっても構わない。すなわち、自動運転走行および追従走行の何れか一方を実行可能な車両であっても、本願発明を適用することができる。
また、前述の実施例では、自動運転ECU98は、自動運転制御部160および追従走行制御部162を機能的に備えていたが、自動運転制御部160および追従走行制御部162が、それぞれ別個のECUに備えられていても構わない。すなわち、自動運転走行用のECUおよび追従走行用のECUが、それぞれ別個に設けられていても構わない。また、他の各ECUについても、上述した各機能毎にそれぞれ別個に設けられる必要はなく、共通のECUが上記各制御機能を備えるなどして、ECUの個数および構成については適宜変更されても構わない。すなわち、上述した各制御部が記憶されるECUは、上述した実施例に限定されず適宜変更されても構わない。
また、前述の実施例では、追従走行中は、前方を走行する先行車に追従するように、駆動力および制動力が制御されるものであったが、さらに、車輪の操舵についても先行車に追従するように制御されるものであっても構わない。
また、前述の実施例では、車両10は、自動運転走行および追従走行の両方を実行可能に構成されるものであったが、自動運転走行および追従走行の何れ一方を実行可能に構成されるものであっても構わない。すなわち、自動運転走行および追従走行の何れ一方について本願発明が適用されるものであっても構わない。
また、前述の実施例では、自動運転走行中は、車両10の駆動力、車両10の制動力、および車輪の操舵が制御されるものであったが、必ずしも自動運転走行中にこれら全てを制御する必要はなく、これらのうち少なくとも1つが自動で制御されるものであっても構わない。例えば、ステアリングホイール64の操舵については、運転者によって操作されても構わない。要は、自動運転走行中は、運転者による操作に少なくとも一部が依存することなく車両10の走行を制御して自動運転走行されるものであれば、本発明を適用することができる。
また、前述の実施例では、エンジン水温THwが所定温度THcri未満、または、エンジン停止時間tpassが所定時間tcri以上であるかに基づいて、PMの排出量が増加しやすい条件が成立したかが判定されていたが、必ずしもエンジン水温THwおよびエンジン停止時間tpassの一方に基づいて判定される必要はなく、エンジン水温THwおよびエンジン停止時間tpassの両方に基づいて、PMの排出量が増加しやすい条件が成立したかが判定されるものであっても構わない。
また、前述の実施例では、自動運転走行中の要求走行トルクTrdemの所定値α、および、追従走行中の要求走行トルクTrdemの所定値αは、何れも同じ値としたが、所定値αの値が自動運転走行および追従走行毎に異なる値であっても構わない。
また、前述の実施例では、エンジン12と後輪14rとの間の動力伝達経路の一部を構成すると共に駆動力源(エンジン12、電動機MG)の各々からの駆動力を後輪14rへ伝達する自動変速機24として、遊星歯車式の自動変速機を例示したが、必ずしもこの態様に限らない。自動変速機24は、公知のDCT(Dual Clutch Transmission)を含む同期噛合型平行2軸式自動変速機、または、公知のベルト式無段変速機などであっても構わない。
また、前述の実施例では、車両10は、エンジン12および電動機MGを駆動力源とし、エンジン12と電動機MGとがK0クラッチ20を介して連結される1モータータイプのハイブリッド車両であったが、本発明のハイブリッド車両は、必ずしも上記構成に限定されない。例えば、エンジンと、第1電動機MG1と、第2電動機MG2と、エンジン12の動力を出力軸および第1電動機MG1に分配する動力分配機構と、を備え、前記出力軸に第2電動機MG2が動力伝達可能に接続されている構造のハイブリッド車両であっても構わない。すなわち、エンジンおよび電動機を駆動力源とし、エンジン12が走行状態応じて停止および始動可能なハイブリッド車両であれば、本発明を適宜適用することができる。
また、前述の実施例では、エンジン12は、V型6気筒の4サイクルの直噴式ガソリンエンジンであったが、エンジンの形式は必ずしもこれに限定されない。すなわち、高回転始動を実行可能であり、且つ、着火始動、圧縮行程始動、吸気行程始動のうち少なくとも1つのエンジン始動を実行可能なエンジンであれば適宜適用され得る。
また、前述の実施例1では、自動運転中または追従走行中における走行状態に基づいて随時算出される要求走行トルクTrdemが所定値α未満であるか否かに基づいてエンジン12の始動方向が選択されていたが、ナビゲーションシステム130からの現在位置周辺の道路情報(路面勾配、道路の種類など)などから、さらに先の時点(将来)の要求走行トルクTrdemを予測的に算出し、先の時点における要求走行トルクTrdemが所定値αであるか否かに基づいて、エンジン始動方法を選択するものであっても構わない。
また、前述の実施例では、自動運転中または追従走行中における要求走行トルクTrdem、または、自動運転中または追従走行中であるかに基づいて、エンジン12の始動方法が選択されていたが、必ずしも自動運転または追従走行に限定されず、例えば運転者の操作による運転中において、ナビゲーションシステム130からの現在位置周辺の道路情報やアクセル開度θaccの変化速度などに基づいて、走行トルクTrを速やかに増加させる必要性のある走行状態であるかを判定し、その判定結果からエンジン12の始動方法を選択するものであっても構わない。
なお、上述したのはあくまでも一実施形態であり、本発明は当業者の知識に基づいて種々の変更、改良を加えた態様で実施することができる。
10:車両(ハイブリッド車両)
12:エンジン
90、180:電子制御装置(制御装置)
160:自動運転制御部
162:追従走行制御部
164:始動制御部(制御部)
166:高回転エンジン始動部(第1エンジン始動部)
168:着火エンジン始動部
170:圧縮行程エンジン始動部
172:吸気行程エンジン始動部
202:燃焼室
216:ピストン
MG:電動機
THw:エンジン水温
THcri:所定温度
tpass:エンジン停止時間
tcri:所定時間

Claims (3)

  1. エンジンおよび電動機を駆動力源とし、車両走行中に前記エンジンを停止および始動可能に構成されたハイブリッド車両の制御装置であって、
    前記エンジンが所定の回転数以上となった状態で燃料を噴射して前記エンジンを始動する第1エンジン始動と、前記エンジンの回転が停止した状態で前記エンジンに燃料を噴射しながら前記エンジンを始動する第2エンジン始動とを含む複数のエンジン始動を行なうエンジン始動部を備え、
    前記エンジン始動部は、
    運転者による操作に少なくとも一部が依存することなく、前記ハイブリッド車両の走行を制御して該ハイブリッド車両を自動運転走行させる自動運転制御部の実行中、前方を走行する車両を追従して走行する追従走行を行なう追従走行制御部の実行中、前記自動運転走行中の要求走行トルクが、予め設定されている所定値未満である場合、又は、前記追従走行中の要求走行トルクが、予め設定されている所定値未満である場合の、前記ハイブリッド車両の走行トルクを速やかに増加させる必要性の低い走行状態の場合に、前記第2エンジン始動を行なわず、前記第1エンジン始動により前記エンジンを始動させ
    前記エンジンのエンジン水温が予め設定されている所定温度以上、および、前記エンジンが停止した時点からのエンジン停止時間が予め設定されている所定時間より短い、の一方または両方の条件が成立したことが判定されると、前記第1エンジン始動を行なわず、前記第2エンジン始動により前記エンジンを始動させ
    ことを特徴とするハイブリッド車両の制御装置。
  2. 前記第1エンジン始動は、エンジン回転速度が予め設定されている所定回転速度に到達すると燃料の噴射および点火を実施する
    ことを特徴とする請求項1に記載のハイブリッド車両の制御装置。
  3. 前記第2エンジン始動は、
    前記エンジンのピストンが膨張行程の位置で停止している状態の燃焼室内に、燃料を噴射して点火する着火エンジン始動、
    前記エンジンの前記ピストンが圧縮行程の位置で停止している状態から、燃料を噴射しつつ前記電動機によって前記エンジンを回転させ、前記ピストンが上死点を通過すると点火を行う圧縮行程エンジン始動、および、
    前記エンジンの前記ピストンが吸気行程の位置で停止している状態から、燃料を噴射しつつ前記電動機によって前記エンジンを回転させ、前記ピストンが上死点を通過すると点火を行う吸気行程エンジン始動のうちの何れかにより前記エンジンを始動させる
    ことを特徴とする請求項1に記載のハイブリッド車両の制御装置。
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