JPH11182275A - ハイブリッド車の作動気筒数制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 作動気筒数を変えたときのトルク変動を抑制
する。 【解決手段】 エンジン２にモーター１が機械的に連結
されるとともに、エンジン２にパウダークラッチ３を介
してモーター４が機械的に連結され、モーター４から変
速機５を介して駆動輪７へ動力を伝達するハイブリッド
車において、モーター１、４の出力トルクとパウダーク
ラッチ３の伝達トルクを調節して、エンジン２の作動気
筒数増減時の駆動トルク変動を防止する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、負荷に応じて内燃
機関の作動気筒数を変えるハイブリッド車の作動気筒数
制御装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】作動気筒数を変更するときにスロットル
開度を補正し、作動気筒数を変えたときのトルク変動を
抑制するようにしたエンジンの可変気筒数制御装置が知
られている（例えば、特開平５−１５７９号公報参
照）。

【０００３】しかし、一般のエンジンにはスロットル開
度を調節してから実際に出力トルクが変化するまでに遅
れがあり、エンジン固有の遅れに応じてスロットル開度
を補正しなければならず、調整に時間がかかる。その
上、正確に調整しないと作動気筒数を変えたときのトル
ク変動（トルクショック）を十分に抑制できないという
問題がある。

【０００４】本発明の目的は、作動気筒数を変えたとき
のトルク変動を抑制することにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】（１） 請求項１の発明
は、内燃機関と、内燃機関に機械的に連結された電動機
Ａと、内燃機関にトルク伝達手段を介して機械的に連結
された電動機Ｂと、電動機Ａと電動機Ｂに電力を供給す
るバッテリーとを備え、電動機Ｂから変速機を介して駆
動輪に動力を伝達するハイブリッド車の作動気筒数制御
装置であり、バッテリーの充電状態を検出する手段と、
車速を検出する手段と、所要駆動力を検出する手段と、
バッテリーの充電状態検出値、車速検出値、所要駆動力
検出値および作動気筒数ごとの燃費情報とに基づいて、
内燃機関の作動気筒数を決定する手段とを備える。 （２） 請求項２のハイブリッド車の作動気筒数制御装
置は、内燃機関の出力トルクを検出する手段と、作動気
筒数を増加する前に、トルク伝達手段の滑りが０になる
ように電動機Ａの回転速度を制御するとともに、トルク
伝達手段の伝達トルクが内燃機関の出力トルク検出値と
等しくなるように制御する駆動制御手段とを備える。 （３） 請求項３のハイブリッド車の作動気筒数制御装
置は、駆動制御手段によって、作動気筒数増加後、トル
ク伝達手段の伝達トルクを増加するとともに、電動機Ａ
の回生トルクを徐々に低減して回転速度制御を終了する
ようにしたものである。 （４） 請求項４のハイブリッド車の作動気筒数制御装
置は、作動気筒数を低減する前に、トルク伝達手段の滑
りが０になるように電動機Ａの回転速度を制御し、トル
ク伝達手段の伝達トルクを低減するとともに、伝達トル
ク低減量だけ電動機Ｂの出力トルクを増加する駆動制御
手段を備える。 （５） 請求項５のハイブリッド車の作動気筒数制御装
置は、駆動制御手段によって、作動気筒数低減後、トル
ク伝達手段の伝達トルクを増加するとともに、電動機Ｂ
の出力トルクを低減するようにしたものである。 （６） 請求項６のハイブリッド車の作動気筒数制御装
置は、駆動制御手段によって、作動気筒数低減後、電動
機Ａの出力トルクを、内燃機関のトルクリップルと絶対
値が等しく位相が逆のトルクに制御するようにしたもの
である。 （７） 請求項７のハイブリッド車の作動気筒数制御装
置は、トルク伝達手段をパウダークラッチとしたもので
ある。

【０００６】

【発明の効果】（１） 請求項１の発明によれば、バッ
テリーの充電状態検出値、車速検出値、所要駆動力検出
値および作動気筒数ごとの燃費情報とに基づいて、内燃
機関の作動気筒数を決定するようにしたので、作動気筒
数ごとに最少燃費で運転することができる上に、バッテ
リーの充電状態に応じて充電量を制御することができ
る。 （２） 請求項２の発明によれば、作動気筒数を増加す
る前に、トルク伝達手段の滑りが０になるように電動機
Ａの回転速度を制御するとともに、トルク伝達手段の伝
達トルクが内燃機関の出力トルク検出値と等しくなるよ
うに制御するようにしたので、作動気筒数を増加したと
きのトルク変動（トルクショック）を防止できる。 （３） 請求項３の発明によれば、作動気筒数増加後、
トルク伝達手段の伝達トルクを増加するとともに、電動
機Ａの回生トルクを徐々に低減して回転速度制御を終了
するようにしたので、作動気筒数を増加したときのトル
ク変動を防止できる。 （４） 請求項４の発明によれば、作動気筒数を低減す
る前に、トルク伝達手段の滑りが０になるように電動機
Ａの回転速度を制御し、トルク伝達手段の伝達トルクを
低減するとともに、伝達トルク低減量だけ電動機Ｂの出
力トルクを増加するようにしたので、作動気筒数を低減
したときのトルク変動を防止できる。 （５） 請求項５の発明によれば、作動気筒数低減後、
トルク伝達手段の伝達トルクを増加するとともに、電動
機Ｂの出力トルクを低減するようにしたので、作動気筒
数を低減したときのトルク変動を防止できる。 （６） 請求項６の発明によれば、作動気筒数低減後、
電動機Ａの出力トルクを、内燃機関のトルクリップルと
絶対値が等しく位相が逆のトルクに制御するようにした
ので、作動気筒数低減後の内燃機関の回転ムラを抑制す
ることができる。 （７） 請求項７の発明によれば、トルク伝達手段にパ
ウダークラッチを用いたので、内燃機関から電動機への
伝達トルクを正確に制御でき、作動気筒数増減時のトル
ク変動を十分に抑制できる。

【０００７】

【発明の実施の形態】本発明を、低負荷時にはシリーズ
・ハイブリッド車両ＳＨＥＶとして走行し、高負荷時に
は内燃機関で走行するシリーズ・パラレルハイブリッド
車両ＳＰＨＶに応用した一実施の形態を説明する。な
お、本発明はシリーズ・パラレルハイブリッド車両ＳＰ
ＨＶに限定されず、走行中に内燃機関の機械出力と電動
機の機械出力とをクラッチで切り換える方式のすべての
車両に適用することができる。

【０００８】図１、図２に一実施の形態の構成を示す。
なお、図中の太い実線は機械力の伝達経路を示し、太い
破線は電力の伝達経路を示し、細い実線は制御線を示
す。この車両のパワートレインは、モーター１、エンジ
ン２、クラッチ３、モーター４、変速機５，動力伝達機
構６から構成される。モーター１の出力軸、エンジン２
の出力軸およびクラッチ３の入力軸は互いに連結されて
おり、また、クラッチ３の出力軸、モーター４の出力軸
および変速機５の入力軸は互いに連結されている。クラ
ッチ３の投入時はモーター１、エンジン２およびモータ
ー４が車両の推進源となり、クラッチ３の解放時はモー
ター４のみが車両の推進源となる。

【０００９】モーター１および４には交流誘導電動機、
交流同期電動機あるいは直流電動機などを用いることが
できる。また、エンジン２にはガソリン・エンジンやデ
ィーゼル・エンジンなどを用いることができる。クラッ
チ３はパウダークラッチであり、伝達トルクを調節する
ことができる。なお、クラッチ３はパウダークラッチに
限定されず、伝達トルクを制御できるものであればどの
ような断続器でもよい。変速機４はベルト式変速機ＣＶ
Ｔであり、変速比を無段階に調節することができる。な
お、変速機４にギア式変速機を用いることもできる。

【００１０】モーター１、エンジン２、クラッチ３、モ
ーター４および変速機５はそれぞれ、制御装置８〜１２
により駆動制御される。モーター１、４に交流電動機を
用いる場合にはモーター制御装置８、１１にインバータ
ーを用い、モーター１、４の回生交流電力を直流電力に
変換して高圧バッテリー１４を充電するとともに、高圧
バッテリー１４の直流電力を交流電力に変換してモータ
ー１、４へ供給する。モーター１、４に直流電動機を用
いる場合にはモーター制御装置８、１１にＤＣ／ＤＣコ
ンバーターを用い、モーター１、４の回生直流電力を所
定の電圧に調節して高圧バッテリー１４を充電するとと
もに、高圧バッテリー１４の直流電力を所定の電圧に調
節してモーター１、４へ供給する。いずれの場合も、モ
ーター制御装置８、１１はモーター１、４の回転速度、
出力トルクを制御することができる。

【００１１】エンジン制御装置９は各種アクチュエータ
や機器を備え、エンジン２の燃料噴射制御、点火制御、
作動気筒数制御などを行う。クラッチ制御装置３はパウ
ダークラッチ３の励磁電流を変えて伝達トルクを制御す
る。また、変速機制御装置１２は変速機５の変速比を制
御する。

【００１２】車両コントローラー１３はマイクロコンピ
ューターとその周辺部品から構成され、制御装置８〜１
２を制御して車両自体の動作、機能を制御する。車両コ
ントローラー１３には、図２に示すように、アクセルペ
ダルの踏み込み量を検出するアクセルセンサー１５、車
両の走行速度を検出するための車速センサー１６、エン
ジン２の回転速度を検出するための回転センサー１７、
クラッチ３の出力軸の回転速度を検出するための回転セ
ンサー１８、エンジン２のスロットルバルブ開度を検出
するスロットル開度センサー１９、高圧バッテリー１４
の充電状態ＳＯＣ（State Of Charge）を検出する装
置２０などが接続される。

【００１３】図３は作動気筒数制御プログラムを示すフ
ローチャートである。このフローチャートにより、一実
施の形態の動作を説明する。車両コントローラー１３
は、所定時間ごとにこの作動気筒数制御プログラムを実
行する。ステップ１において、センサー１５、１６、１
７からそれぞれアクセルペダルの踏み込み量、車速およ
びエンジン回転速度を読み込み、続くステップ２で、バ
ッテリーＳＯＣ検出装置２０から高圧バッテリー１４の
充電状態ＳＯＣを読み込む。

【００１４】ステップ３で、作動気筒数を決定する。具
体的には、まず、乗員の要求駆動力を表すアクセルペダ
ル踏み込み量と車速とに基づいて所要駆動軸トルクを演
算する。このとき、高圧バッテリー１４の充電状態ＳＯ
Ｃを考慮し、ＳＯＣが低いほど要求駆動力を増加する。
次に、所要駆動軸トルクと変速機５の変速比とに基づい
てエンジン２の出力軸における所要トルクを演算する。
そして、作動気筒数ごとに予め測定されたエンジン回転
速度と出力トルクと等燃費線との関係を示すマップか
ら、所要回転速度と所要トルクを満たし、且つ、最小燃
費となる作動気筒数を決定する。

【００１５】ステップ４で、作動気筒数を増加するかど
うかを確認し、増加する場合はステップ５へ進む。ステ
ップ５では、図４に示す作動気筒数増加ルーチンを実行
する。一方、作動気筒数を増加しない場合はステップ６
へ進み、作動気筒数を低減するかどうかを確認する。作
動気筒数を低減する場合はステップ７へ進み、図５に示
す作動気筒数低減ルーチンを実行する。なお、作動気筒
数の増減がない場合はこの作動気筒数制御を終了する。

【００１６】図５は、作動気筒数増加時のエンジントル
ク、クラッチ伝達トルク、モーター１の回生トルクの変
化を示す図である。この図を参照しながら、図４に示す
作動気筒数増加ルーチンを説明する。ステップ１１で、
クラッチ３の出力軸回転速度を目標回転速度とするモー
ター１の回転速度制御を開始する。この時点ではまだク
ラッチ３が締結状態にあるので、クラッチ３の入出力軸
の回転速度は機械的に一致している。ステップ１２にお
いて、エンジン２の出力トルクを検出する。具体的に
は、予め測定したエンジン２の回転速度と出力トルクと
スロットル開度との関係を示すマップから、現在の回転
速度とスロットル開度に対応する出力トルクを表引き演
算し、出力トルクを推定する。

【００１７】ステップ１３で、クラッチ３の伝達トルク
がエンジン２の出力トルク推定値に等しくなるように、
クラッチ３の励磁電流を調節する。図５に示すように、
時刻ｔ０でエンジントルク推定値Ｔ１に相当する励磁電
流をパウダークラッチ３の電磁コイルに通電すると、電
磁コイルのインダクタンスによる遅れのために時刻ｔ１
でクラッチ伝達トルクがＴ１になる。クラッチ伝達トル
クがエンジントルク推定値Ｔ１になったら、ステップ１
４で作動気筒数を増加する（図５の時刻ｔ２）。これに
より、図５に示すように作動気筒数が増加した分（Ｔ
２）だけエンジントルクが増加する（図５の時刻ｔ２〜
ｔ３）。

【００１８】このとき、エンジントルクの増加によりエ
ンジン２の回転速度が増加しようとするが、クラッチ出
力軸回転速度を目標回転速度とするモーター１の回転速
度制御を行っているので、モーター１はエンジントルク
の増加分（Ｔ２）に等しい回生トルクを発生してエンジ
ン回転速度の増加を抑制し、クラッチ３の入出力軸回転
速度差、すなわちクラッチ３の滑りを０にする。

【００１９】ステップ１５において、クラッチ３の滑り
が０かどうかを確認し、滑りが０になったらステップ１
６へ進み、クラッチ３の励磁電流を増加してクラッチ伝
達トルクを増やすとともに、モーター１の回生トルクを
徐々に低減して回転速度制御を終了する（図５の時刻ｔ
４〜ｔ６）。クラッチ３が締結し、モーター１の回生ト
ルクが０になった時刻ｔ６では、クラッチ出力軸のトル
クがエンジントルク（Ｔ１＋Ｔ２）と等しくなる。

【００２０】図７は、作動気筒数低減時のエンジントル
ク、クラッチ伝達トルクおよびモーター１、４の出力ト
ルクの変化を示す図である。この図を参照しながら、図
６に示す作動気筒数低減ルーチンを説明する。ステップ
２１で、クラッチ３の出力軸回転速度を目標回転速度と
するモーター１の回転速度制御を開始する。この時点で
はまだクラッチ３が締結状態にあるので、クラッチ３の
入出力軸の回転速度は機械的に一致している。ステップ
２２において、上述した方法によりエンジン２の出力ト
ルクを推定する。ここでは、図７に示すようにエンジン
トルク推定値をＴ３とし、作動気筒数低減による低減ト
ルク推定値をＴ４とする。

【００２１】ステップ２３において、クラッチ伝達トル
クを低減するとともに、モーター４の出力トルクを増加
する（図７の時刻ｔ１１〜ｔ１２）。このとき、図７に
示すように、クラッチ伝達トルクの減少分Ｔ４とモータ
ー４の出力トルクの増加分Ｔ４が常に等しくなるよう
に、各トルクを増減する。これにより、クラッチ伝達ト
ルクの減少分とモータートルクの増加分が相殺されてク
ラッチ出力軸におけるトルクが変化せず、エンジントル
クＴ３のままとなる。

【００２２】一方、エンジン２の出力トルクが一定のま
までクラッチ伝達トルクを減少させると、エンジン２の
回転速度が増加しようとするが、クラッチ出力軸回転速
度を目標回転速度とするモーター１の回転速度制御を行
っているので、クラッチ伝達トルクが減少した分だけモ
ーター１の回生トルクが増加し（図７の時刻ｔ１１〜ｔ
１２）、エンジン２の吹き上がりが防止される。

【００２３】クラッチ伝達トルクとモーター４の出力ト
ルクの増減が終了したら、ステップ２４で作動気筒数を
低減する（図７の時刻ｔ１３）。これにより、図７に示
すように作動気筒数が減少した分（Ｔ４）だけエンジン
トルクが減少する（図７の時刻ｔ１３〜ｔ１４）。

【００２４】このとき、エンジントルクの減少によりエ
ンジン２の回転速度が減少しようとするが、クラッチ出
力軸回転速度を目標回転速度とするモーター１の回転速
度制御を行っているので、エンジン回転速度は低下せ
ず、エンジントルクが減少した分だけモーター１の回生
トルクが減少する（図７の時刻ｔ１３〜ｔ１４）。そし
て、クラッチ３の入出力軸回転速度差、すなわちクラッ
チ３の滑りは０になる。

【００２５】ステップ２５においてクラッチ３の滑りが
０かどうかを確認し、滑りが０になったらステップ２６
へ進み、クラッチ３の励磁電流を増加してクラッチ伝達
トルクを増加するとともに、モーター４の出力トルクを
低減する。クラッチ３が締結し、モーター４の出力トル
クが０になった時刻ｔ１６では、クラッチ出力軸のトル
クがエンジントルク（Ｔ３−Ｔ４）と等しくなる。

【００２６】なお、作動気筒数の低減処理が完了した後
も、モーター１の回転速度制御を継続する。一般に、エ
ンジン２の作動気筒数を減らすとトルクリップルが増加
する。そこで、ステップ２７において、作動気筒数低減
時はモーター１によりエンジン２のトルクリップル吸収
制御を行う（図７の時刻ｔ１４以降）。

【００２７】図８は、作動気筒数低減時のモーター１の
トルクリップル吸収制御を示す制御ブロック図である。
エンジン回転速度Ｎeにはトルクリップルに比例した回
転速度のリップルが含まれているので、ローパスフィル
ター１３ａを通してエンジン回転速度Ｎeの平均値を求
め、減算器１３ｂでエンジン回転速度Ｎeから平均値を
差し引いて回転速度のリップル分、すなわち回転ムラΔ
Ｎeを求める。そして、ＰＩ制御器１３ｃにより回転ム
ラΔＮeからモーター１のトルク指令値τ*を演算し、モ
ーター制御装置８へへ出力する。モーター制御装置８
は、モーター１の出力トルクがトルク指令値τ*に一致
するようにトルク制御を行う。これにより、図７に示す
ように（時刻ｔ１４以降）、エンジン２のトルクリップ
ルと位相が逆で絶対値が等しいトルクがモーター１から
出力され、エンジン２のトルクリップルとモーター１の
出力トルクとが相殺されて、エンジン２のトルクリップ
ルが吸収される。なお、ローパスフィルター１３ａ、減
算器１３ｂ、ＰＩ制御器１３ｃは、車両コントローラー
１３のマイクロコンピューターのソフトウエア形態で構
成される。

【００２８】以上の一実施の形態の構成において、エン
ジン２が内燃機関を、モーター１が電動機Ａを、モータ
ー４が電動機Ｂを、クラッチ３がトルク伝達手段を、高
圧バッテリー１４がバッテリーを、変速機５が変速機
を、バッテリーＳＯＣ検出装置２０がバッテリー充電状
態検出手段を、車速センサー１６が車速検出手段を、ア
クセルセンサー１５が所要駆動力検出手段を、車両コン
トローラー１３が作動気筒数決定手段およびトルク検出
手段を、モーター制御装置８、１１、クラッチ制御装置
１０および車両コントローラー１３が駆動制御手段をそ
れぞれ構成する。

【図面の簡単な説明】

【図１】 一実施の形態の構成を示す図である。

【図２】 図１に続く、一実施の形態の構成を示す図で
ある。

【図３】 作動気筒数制御プログラムを示すフローチャ
ートである。

【図４】 作動気筒数増加ルーチンを示すフローチャー
トである。

【図５】 作動気筒数増加時のエンジントルク、クラッ
チ伝達トルクおよびモーター回生トルクの変化を示す図
である。

【図６】 作動気筒数低減ルーチンを示すフローチャー
トである。

【図７】 作動気筒数低減時のエンジントルク、クラッ
チ伝達トルクおよびモーター出力トルクを示す図であ
る。

【図８】 作動気筒数低減時のモーターによるエンジン
トルクリップル吸収制御を示す制御ブロック図である。

【符号の説明】

１，４ モーター ２ エンジン ３ クラッチ ５ 変速機 ６ 動力伝達機構 ７ 駆動輪 ８，１１ モーター制御装置 ９ エンジン制御装置 １０ クラッチ制御装置 １２ 変速機制御装置 １３ 車両コントローラー １３ａ ローパスフィルター １３ｂ 減算器 １３ｃ ＰＩ制御器 １４ 高圧バッテリー １５ アクセル開度センサー １６ 車速センサー １７ エンジン回転センサー １８ クラッチ出力軸回転センサー １９ スロットル開度センサー ２０ バッテリーＳＯＣ検出装置

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 糸山 浩之 神奈川県横浜市神奈川区宝町２番地 日産 自動車株式会社内

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 内燃機関と、 前記内燃機関に機械的に連結された電動機Ａと、 前記内燃機関にトルク伝達手段を介して機械的に連結さ
   れた電動機Ｂと、 前記電動機Ａと前記電動機Ｂに電力を供給するバッテリ
   ーとを備え、 前記電動機Ｂから変速機を介して駆動輪に動力を伝達す
   るハイブリッド車の作動気筒数制御装置であって、 前記バッテリーの充電状態を検出する手段と、 車速を検出する手段と、 所要駆動力を検出する手段と、 バッテリーの充電状態検出値、車速検出値、所要駆動力
   検出値および作動気筒数ごとの燃費情報とに基づいて、
   前記内燃機関の作動気筒数を決定する手段と、を備える
   ことを特徴とするハイブリッド車の作動気筒数制御装
   置。
2. 【請求項２】 請求項１に記載のハイブリッド車の作動
   気筒数制御装置において、 前記内燃機関の出力トルクを検出する手段と、 作動気筒数を増加する前に、前記トルク伝達手段の滑り
   が０になるように前記電動機Ａの回転速度を制御すると
   ともに、前記トルク伝達手段の伝達トルクが前記内燃機
   関の出力トルク検出値と等しくなるように制御する駆動
   制御手段とを備えることを特徴とするハイブリッド車の
   作動気筒数制御装置。
3. 【請求項３】 請求項２に記載のハイブリッド車の作動
   気筒数制御装置において、 前記駆動制御手段は、作動気筒数増加後、前記トルク伝
   達手段の伝達トルクを増加するとともに、前記電動機Ａ
   の回生トルクを徐々に低減して回転速度制御を終了する
   ことを特徴とするハイブリッド車の作動気筒数制御装
   置。
4. 【請求項４】 請求項１に記載のハイブリッド車の作動
   気筒数制御装置において、 作動気筒数を低減する前に、前記トルク伝達手段の滑り
   が０になるように前記電動機Ａの回転速度を制御し、前
   記トルク伝達手段の伝達トルクを低減するとともに、前
   記伝達トルク低減量だけ前記電動機Ｂの出力トルクを増
   加する駆動制御手段を備えることを特徴とするハイブリ
   ッド車の作動気筒数制御装置。
5. 【請求項５】 請求項４に記載のハイブリッド車の作動
   気筒数制御装置において、 前記駆動制御手段は、作動気筒数低減後、前記トルク伝
   達手段の伝達トルクを増加するとともに、前記電動機Ｂ
   の出力トルクを低減することを特徴とするハイブリッド
   車の作動気筒数制御装置。
6. 【請求項６】 請求項４または請求項５に記載のハイブ
   リッド車の作動気筒数制御装置において、 前記駆動制御手段は、作動気筒数低減後、前記電動機Ａ
   の出力トルクを、前記内燃機関のトルクリップルと絶対
   値が等しく位相が逆のトルクに制御することを特徴とす
   るハイブリッド車の作動気筒数制御装置。
7. 【請求項７】 請求項１〜６のいずれかの項に記載のハ
   イブリッド車の作動気筒数制御装置において、 前記トルク伝達手段はパウダークラッチであることを特
   徴とするハイブリッド車の作動気筒数制御装置。