KR101485286B1 - 하이브리드 차량의 제어 장치 - Google Patents

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가오리 다니시마
히로아키 가와무라
겐이치로 군지
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닛산 지도우샤 가부시키가이샤
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Abstract

본 발명의 과제는, 쇼크를 억제하면서 엔진 시동을 달성 가능한 하이브리드 차량의 제어 장치를 제공하는 것이다. 본 발명의 하이브리드 차량의 제어 장치에서는, 엔진 시동 요구가 있을 때에는, 모터 제너레이터와 구동륜 사이의 클러치를 체결하고, 모터 제너레이터에 의해 엔진 시동을 행하는 데 있어서, 엔진 시동 요구가 있고, 또한, 모터 제너레이터의 출력 토크의 절대값이 소정값 이하로 되면, 엔진 시동을 허가하는 것으로 하였다.

Description

하이브리드 차량의 제어 장치{CONTROL DEVICE FOR HYBRID VEHICLE}

본 발명은, 엔진 및 모터와 구동륜 사이의 체결 요소를 체결하여, 모터에 의해 엔진을 시동하는 하이브리드 차량의 제어 장치에 관한 것이다.

하이브리드 차량의 제어 장치로서, 특허문헌 1에 기재된 기술이 개시되어 있다. 이 공보에는, 모터 주행 중에 감속하고 있는 경우에 있어서, 엔진 시동 요구가 있고, 또한, 브레이크 제동력이 충분히 크다고 판단하였을 때에는, 모터 제너레이터에 의해 엔진 시동을 허가하는 구성이 개시되어 있다.

일본 특허 제3116685호 명세서

그러나 브레이크 제동력이 확보되어 있었다고 해도, 크리프 토크가 입력된 상태에서 엔진 시동을 행하면, 엔진 시동에 수반하는 토크 변동이 발생하고, 쇼크가 발생할 우려가 있었다.

본 발명은, 상기 문제에 착안하여 이루어진 것으로, 쇼크를 억제하면서 엔진 시동을 달성 가능한 하이브리드 차량의 제어 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 하이브리드 차량의 제어 장치에서는, 엔진 시동 요구가 있을 때에는, 모터 제너레이터와 구동륜 사이의 클러치를 체결하고, 모터 제너레이터에 의해 엔진 시동을 행하는 데 있어서, 엔진 시동 요구가 있고, 또한, 모터 제너레이터 토크의 절대값이 소정값 이하로 되면, 엔진 시동을 허가하는 것으로 하였다.

따라서, 엔진 시동에 수반하는 토크 변동을 억제할 수 있고, 운전자가 느끼는 위화감을 억제할 수 있다.

도 1은 제1 실시예의 후륜 구동의 하이브리드 차량을 나타내는 전체 시스템도이다.
도 2는 제1 실시예의 통합 컨트롤러에 있어서의 연산 처리 프로그램을 나타내는 제어 블록도이다.
도 3은 도 2의 목표 구동력 연산부에서 목표 구동력 연산에 사용되는 목표 구동력 맵의 일례를 나타내는 도면이다.
도 4는 도 2의 모드 선택부에서 목표 모드의 선택에 사용되는 통상 모드 맵을 나타내는 도면이다.
도 5는 도 2의 목표 충방전 연산부에서 목표 충방전 전력의 연산에 사용되는 목표 충방전량 맵의 일례를 나타내는 도면이다.
도 6은 제1 실시예의 모터 제너레이터의 회전수와 토크의 관계를 나타내는 특성도이다.
도 7은 제1 실시예의 제2 시동 모드에 의한 엔진 시동 제어 처리를 나타내는 흐름도이다.
도 8은 제1 실시예의 제2 시동 모드에 의한 엔진 시동 제어를 개시 판단하는 처리를 나타내는 타임차트이다.
도 9는 제1 실시예의 제2 시동 모드에 있어서의 엔진 시동 제어 처리를 나타내는 타임차트이다.

[제1 실시예]

우선, 하이브리드 차량의 구동계 구성을 설명한다. 도 1은 제1 실시예의 엔진 시동 제어 장치가 적용된 후륜 구동에 의한 하이브리드 차량을 나타내는 전체 시스템도이다. 제1 실시예에 있어서의 하이브리드 차량의 구동계는, 도 1에 도시하는 바와 같이, 엔진(E)과, 제1 클러치(CL1)와, 모터 제너레이터(MG)와, 제2 클러치(CL2)와, 자동 변속기(AT)와, 프로펠러 샤프트(PS)와, 디퍼렌셜(DF)과, 좌측 드라이브 샤프트(DSL)와, 우측 드라이브 샤프트(DSR)와, 좌측 후륜(RL)(구동륜)과, 우측 후륜(RR)(구동륜)을 갖는다. 또한, FL은 좌측 전륜, FR은 우측 전륜이다.

엔진(E)은, 예를 들어 가솔린 엔진이며, 후술하는 엔진 컨트롤러(1)로부터의 제어 지령에 기초하여, 스로틀 밸브의 밸브 개방도 등이 제어된다. 또한, 엔진 출력축에는 플라이 휠(FW)이 설치되어 있다.

제1 클러치(CL1)는, 엔진(E)과 모터 제너레이터(MG) 사이에 개재 장착된 클러치이며, 후술하는 제1 클러치 컨트롤러(5)로부터의 제어 지령에 기초하여, 제1 클러치 유압 유닛(6)에 의해 만들어 내어진 제어 유압에 의해, 슬립 체결을 포함하여 체결·개방이 제어된다.

모터 제너레이터(MG)는, 로터에 영구 자석을 매설하고 스테이터에 스테이터 코일이 권취된 동기형 모터 제너레이터이며, 후술하는 모터 컨트롤러(2)로부터의 제어 지령에 기초하여, 인버터(3)에 의해 만들어 내어진 3상 교류를 인가함으로써 제어된다. 이 모터 제너레이터(MG)는, 배터리(4)로부터의 전력의 공급을 받아 회전 구동하는 전동기로서 동작할 수도 있고(이하, 이 상태를 「역행」이라 함), 로터가 외력에 의해 회전하고 있는 경우에는, 스테이터 코일의 양단부에 기전력을 발생시키는 발전기로서 기능하여 배터리(4)를 충전할 수도 있다(이하, 이 동작 상태를 「회생」이라 함). 또한, 이 모터 제너레이터(MG)의 로터는, 도시하지 않은 댐퍼를 통해 자동 변속기(AT)의 입력축에 연결되어 있다.

제2 클러치(CL2)는, 모터 제너레이터(MG)와 좌우 후륜(RL, RR) 사이에 개재 장착된 클러치이며, 후술하는 AT 컨트롤러(7)로부터의 제어 지령에 기초하여, 제2 클러치 유압 유닛(8)에 의해 만들어 내어진 제어 유압에 의해, 슬립 체결을 포함하여 체결·개방이 제어된다.

자동 변속기(AT)는, 전진 5속 후퇴 1속 등의 유단계의 변속비를 차속이나 액셀러레이터 개방도 등에 따라 자동적으로 전환하는 변속기이며, 제2 클러치(CL2)는, 전용 클러치로서 새롭게 추가한 것이 아니라, 자동 변속기(AT)의 각 변속단에서 체결되는 복수의 마찰 체결 요소 중, 몇 개의 마찰 체결 요소를 유용하고 있다. 또한, 상세에 대해서는 후술한다.

그리고 자동 변속기(AT)의 출력축은, 차량 구동축으로서의 프로펠러 샤프트(PS), 디퍼렌셜 기어(DF), 좌측 드라이브 샤프트(DSL), 우측 드라이브 샤프트(DSR)를 통해 좌우 후륜(RL, RR)에 연결되어 있다. 또한, 상기 제1 클러치(CL1)와 제2 클러치(CL2)에는, 예를 들어, 비례 솔레노이드로 오일 유량 및 유압을 연속적으로 제어할 수 있는 습식 다판 클러치를 사용하고 있다.

브레이크 유닛(900)은, 액압 펌프와, 복수의 전자 밸브를 구비하고, 요구 제동 토크에 상당하는 액압을 펌프 증압에 의해 확보하고, 각 륜의 전자 밸브의 개폐 제어에 의해 휠 실린더압을 제어하는 소위 브레이크 바이 와이어 제어를 가능하게 구성되어 있다. 각 륜(FR, FL, RR, RL)에는, 브레이크 로터(901)와 캘리퍼(902)가 구비되고, 브레이크 유닛(900)으로부터 공급되는 브레이크 액압에 의해 마찰 제동 토크를 발생시킨다. 또한, 액압원으로서 어큐뮬레이터 등을 구비한 타입이어도 되고, 액압 브레이크 대신에 전동 캘리퍼를 구비한 구성이어도 된다.

이 하이브리드 구동계에는, 제1 클러치(CL1)의 체결·개방 상태에 따라 3개의 주행 모드를 갖는다. 제1 주행 모드는, 제1 클러치(CL1)의 개방 상태에서, 모터 제너레이터(MG)의 동력만을 동력원으로 하여 주행하는 모터 사용 주행 모드로서의 전기 자동차 주행 모드(이하, 「EV 주행 모드」라 약칭함.)이다. 제2 주행 모드는, 제1 클러치(CL1)의 체결 상태에서, 엔진(E)을 동력원에 포함하면서 주행하는 엔진 사용 주행 모드(이하, 「HEV 주행 모드」라 약칭함.)이다. 제3 주행 모드는, 제1 클러치(CL1)의 체결 상태에서 제2 클러치(CL2)를 슬립 제어시키고, 엔진(E)을 동력원에 포함하면서 주행하는 엔진 사용 슬립 주행 모드(이하, 「WSC 주행 모드」라 약칭함.)이다. 이 모드는, 특히 배터리 SOC가 낮을 때나 엔진 수온이 낮을 때에, 크리프 주행을 달성 가능한 모드이다. 또한, EV 주행 모드로부터 HEV 주행 모드로 천이할 때에는, 제1 클러치(CL1)를 체결하고, 모터 제너레이터(MG)의 토크를 사용하여 엔진 시동을 행한다.

상기 「HEV 주행 모드」에는, 「엔진 주행 모드」와 「모터 어시스트 주행 모드」와 「주행 발전 모드」라고 하는 3개의 주행 모드를 갖는다.

「엔진 주행 모드」는, 엔진(E)만을 동력원으로 하여 구동륜을 움직이게 한다. 「모터 어시스트 주행 모드」는, 엔진(E)과 모터 제너레이터(MG)의 2개를 동력원으로 하여 구동륜을 움직이게 한다. 「주행 발전 모드」는, 엔진(E)을 동력원으로 하여 구동륜(RR, RL)을 움직이게 하는 동시에, 모터 제너레이터(MG)를 발전기로서 기능시킨다.

정속 운전 시나 가속 운전 시에는, 엔진(E)의 동력을 이용하여 모터 제너레이터(MG)를 발전기로서 동작시킨다. 또한, 감속 운전 시에는, 제동 에너지를 회생하여 모터 제너레이터(MG)에 의해 발전하고, 배터리(4)의 충전을 위해 사용한다. 또한, 다른 모드로서, 차량 정지 시에는, 엔진(E)의 동력을 이용하여 모터 제너레이터(MG)를 발전기로서 동작시키는 발전 모드를 갖는다.

다음으로, 하이브리드 차량의 제어계를 설명한다. 제1 실시예에 있어서의 하이브리드 차량의 제어계는, 도 1에 도시하는 바와 같이, 엔진 컨트롤러(1)와, 모터 컨트롤러(2)와, 인버터(3)와, 배터리(4)와, 제1 클러치 컨트롤러(5)와, 제1 클러치 유압 유닛(6)과, AT 컨트롤러(7)와, 제2 클러치 유압 유닛(8)과, 브레이크 컨트롤러(9)와, 통합 컨트롤러(10)를 갖고 구성되어 있다. 또한, 엔진 컨트롤러(1)와, 모터 컨트롤러(2)와, 제1 클러치 컨트롤러(5)와, AT 컨트롤러(7)와, 브레이크 컨트롤러(9)와, 통합 컨트롤러(10)는, 서로의 정보 교환이 가능한 CAN 통신선(11)을 통해 접속되어 있다.

엔진 컨트롤러(1)는, 엔진 회전수 센서(12)로부터의 엔진 회전수 정보를 입력하고, 통합 컨트롤러(10)로부터의 목표 엔진 토크 지령 등에 따라, 엔진 동작점(Ne:엔진 회전수, Te:엔진 토크)을 제어하는 지령을, 예를 들어, 도시하지 않은 스로틀 밸브 액추에이터에 출력한다. 또한 상세한 엔진 제어 내용에 대해서는 후술한다. 또한, 엔진 회전수(Ne) 등의 정보는, CAN 통신선(11)을 통해 통합 컨트롤러(10)에 공급된다.

모터 컨트롤러(2)는, 모터 제너레이터(MG)의 로터 회전 위치를 검출하는 리졸버(13)로부터의 정보를 입력하고, 통합 컨트롤러(10)로부터의 목표 모터 제너레이터 토크 지령 등에 따라, 모터 제너레이터(MG)의 모터 동작점(Nm:모터 제너레이터 회전수, Tm:모터 제너레이터 토크)을 제어하는 지령을 인버터(3)에 출력한다. 또한, 이 모터 컨트롤러(2)에서는, 배터리(4)의 충전 상태를 나타내는 배터리 SOC를 감시하고 있어, 배터리 SOC 정보는, 모터 제너레이터(MG)의 제어 정보에 사용하는 동시에, CAN 통신선(11)을 통해 통합 컨트롤러(10)에 공급된다.

제1 클러치 컨트롤러(5)는, 제1 클러치 유압 센서(14)와 제1 클러치 스트로크 센서(15)로부터의 센서 정보를 입력하고, 통합 컨트롤러(10)로부터의 제1 클러치 제어 지령에 따라, 제1 클러치(CL1)의 체결·개방을 제어하는 지령을 제1 클러치 유압 유닛(6)에 출력한다. 또한, 제1 클러치 스트로크(C1S)의 정보는, CAN 통신선(11)을 통해 통합 컨트롤러(10)에 공급한다.

AT 컨트롤러(7)는, 액셀러레이터 개방도 센서(16)와 차속 센서(17)와 제2 클러치 유압 센서(18)와 운전자가 조작하는 시프트 레버의 위치에 따른 신호를 출력하는 인히비터 스위치로부터의 센서 정보를 입력하고, 통합 컨트롤러(10)로부터의 제2 클러치 제어 지령에 따라, 제2 클러치(CL2)의 체결·개방을 제어하는 지령을 AT 유압 컨트롤 밸브 내의 제2 클러치 유압 유닛(8)에 출력한다. 제2 클러치(CL2)의 전달 토크 용량은, 기본적으로 요구 구동 토크에 따른 값으로 설정되고, 구동륜에 요구 구동 토크가 전달 가능한 용량으로 설정된다. 액셀러레이터 페달이 이격되어 있을 때에는, 회생 토크나 크리프 토크가 전달 가능한 용량으로 설정되고, EV 주행 모드에 있어서 차량 정지한 경우이며, 브레이크 페달이 소정 이상 스텝핑되어 있을 때에는, 크리프 토크가 0으로 설정되므로, 제2 클러치(CL2)의 전달 토크 용량도 제로로 설정된다. 또한, 액셀러레이터 페달 개방도(APO)와 차속(VSP)과 인히비터 스위치의 정보는, CAN 통신선(11)을 통해 통합 컨트롤러(10)에 공급한다.

브레이크 컨트롤러(9)는, 4륜의 각 차륜속을 검출하는 차륜속 센서(19)와 브레이크 스트로크 센서(20)로부터의 센서 정보를 입력하고, 예를 들어, 브레이크 스텝핑 제동 시, 브레이크 스트로크(BS)로부터 요구되는 드라이버 요구 제동 토크에 대하여 회생 제동 토크만으로는 부족한 경우, 그 부족분을 기계 제동 토크(마찰 브레이크에 의한 제동 토크)로 보충하도록, 통합 컨트롤러(10)로부터의 회생 협조 제어 지령에 기초하여 회생 협조 브레이크 제어를 행한다. 또한, 드라이버 요구 제동 토크에 따른 브레이크 액압에 한정하지 않고, 다른 제어 요구에 의해 임의로 브레이크 액압을 발생 가능한 것은 물론이다.

통합 컨트롤러(10)는, 차량 전체의 소비 에너지를 관리하고, 최고 효율로 차량을 달리게 하기 위한 기능을 담당하는 것으로, 모터 회전수(Nm)를 검출하는 모터 회전수 센서(21)와, 제2 클러치 출력 회전수(N2out)를 검출하는 제2 클러치 출력 회전수 센서(22)와, 제2 클러치 전달 토크 용량(TCL2)을 검출하는 제2 클러치 토크 센서(23)와, 브레이크 유압 센서(24)와, 제2 클러치(CL2)의 온도를 검지하는 온도 센서(10a)와, 전후 가속도를 검출하는 G 센서(10b)로부터의 정보 및 CAN 통신선(11)을 통해 얻어진 정보를 입력한다.

또한, 통합 컨트롤러(10)는, 엔진 컨트롤러(1)에의 제어 지령에 의한 엔진(E)의 동작 제어와, 모터 컨트롤러(2)에의 제어 지령에 의한 모터 제너레이터(MG)의 동작 제어와, 제1 클러치 컨트롤러(5)에의 제어 지령에 의한 제1 클러치(CL1)의 체결·개방 제어와, AT 컨트롤러(7)에의 제어 지령에 의한 제2 클러치(CL2)의 체결·개방 제어를 행한다.

이하에, 도 2에 나타내는 블록도를 사용하여, 제1 실시예의 통합 컨트롤러(10)에서 연산되는 제어를 설명한다. 예를 들어, 이 연산은, 제어 주기 10msec마다 통합 컨트롤러(10)에서 연산된다. 통합 컨트롤러(10)는, 목표 구동력 연산부(100)와, 모드 선택부(200)와, 목표 충방전 연산부(300)와, 동작점 지령부(400)와, 변속 제어부(500)를 갖는다.

목표 구동력 연산부(100)에서는, 도 3에 나타내는 목표 구동력 맵을 사용하여, 액셀러레이터 페달 개방도(APO)와 차속(VSP)으로부터, 목표 구동력(tFoO)(드라이버 요구 토크)을 연산한다.

모드 선택부(200)는, 통상 모드 맵을 갖는다. 도 4는 제1 실시예의 통상 모드 맵이다. 통상 모드 맵 내에는, EV 주행 모드와, WSC 주행 모드와, HEV 주행 모드를 갖고, 액셀러레이터 페달 개방도(APO)와 차속(VSP)으로부터, 목표 모드를 연산한다. 단, EV 주행 모드가 선택되어 있었다고 해도, 배터리 SOC가 소정값 이하이면, 강제적으로 「HEV 주행 모드」 혹은 「WSC 주행 모드」를 목표 모드로 한다.

도 4의 통상 모드 맵에 있어서, HEV→WSC 전환선은, 소정 액셀러레이터 개방도(APO1) 미만의 영역에서는, 자동 변속기(AT)가 1속단일 때에, 엔진(E)의 아이들 회전수보다도 작은 회전수로 되는 하한 차속(VSP1)보다도 낮은 영역으로 설정되어 있다. 또한, 소정 액셀러레이터 개방도(APO1) 이상의 영역에서는, 큰 구동력이 요구되므로, 하한 차속(VSP1)보다도 높은 차속(VSP1') 영역까지 WSC 주행 모드가 설정되어 있다. 또한, 배터리 SOC가 낮고, EV 주행 모드를 달성할 수 없을 때에는, 발진 시 등이라도 WSC 주행 모드를 선택하도록 구성되어 있다.

액셀러레이터 페달 개방도(APO)가 클 때, 그 요구를 아이들 회전수 부근의 엔진 회전수에 대응한 엔진 토크와 모터 제너레이터 토크로 달성하는 것은 곤란한 경우가 있다. 여기서, 엔진 토크는, 엔진 회전수가 상승하면 보다 많은 토크를 출력할 수 있다. 이것으로부터, 엔진 회전수를 끌어올려 보다 큰 토크를 출력시키면, 비록 하한 차속(VSP1)보다도 높은 차속까지 WSC 주행 모드를 실행해도, 단시간에 WSC 주행 모드로부터 HEV 주행 모드로 천이시킬 수 있다. 이 경우가 도 4에 나타내는 하한 차속(VSP1')까지 넓혀진 WSC 영역이다.

목표 충방전 연산부(300)에서는, 도 5에 나타내는 목표 충방전량 맵을 사용하여, 배터리 SOC로부터 목표 충방전 전력(tP)을 연산한다. 또한, 목표 충방전량 맵에는, EV 주행 모드를 허가 혹은 금지하기 위한 EVON선(MWSCON선)이 SOC=50%로 설정되고, EVOFF선(MWSCOFF선)이 SOC=35%로 설정되어 있다.

SOC≥50%일 때에는, 도 4의 통상 모드 맵에 있어서 EV 주행 모드 영역이 출현한다. 모드 맵 내에 한번 EV 영역이 출현하면, SOC가 35%를 하회할 때까지는, 이 영역은 계속해서 출현한다.

SOC<35%일 때에는, 도 4의 통상 모드 맵에 있어서 EV 주행 모드 영역이 소멸한다. 모드 맵 내로부터 EV 주행 모드 영역이 소멸하면, SOC가 50%에 도달할 때까지는, 이 영역은 계속해서 소멸한다.

변속 제어부(500)에서는, 시프트 맵에 나타내는 시프트 스케줄을 따라, 목표 제2 클러치 전달 토크 용량(TCL2*)과 목표 변속단을 달성하도록 자동 변속기(AT) 내의 솔레노이드 밸브를 구동 제어한다. 또한, 시프트 맵은, 차속(VSP)과 액셀러레이터 페달 개방도(APO)에 기초하여 미리 목표 변속단이 설정된 것이다.

동작점 지령부(400)에서는, 액셀러레이터 페달 개방도(APO)와, 목표 구동력(tFoO)(드라이버 요구 토크)과, 목표 모드와, 차속(VSP)과, 목표 충방전 전력(tP)으로부터, 이들의 동작점 도달 목표로서, 과도적인 목표 엔진 토크와 목표 모터 제너레이터 토크와 목표 제2 클러치 전달 토크 용량(TCL2*)과 자동 변속기(AT)의 목표 변속단과 제1 클러치 솔레노이드 전류 지령을 연산한다. 또한, 동작점 지령부(400)에는, EV 주행 모드로부터 HEV 주행 모드로 천이할 때에 엔진(E)을 시동하는 엔진 시동 제어부가 설치되어 있다.

제1 실시예의 엔진 시동 제어에 있어서는, 운전자의 액셀러레이터 페달 조작의 결과에 의해 정지 중의 엔진(E)을 시동하게 된 경우를 제1 시동 모드로 하고, 운전자의 액셀러레이터 페달 조작 이외의 요인(시스템 요구 시동)으로 정지 중의 엔진(E)을 시동하게 된 경우를 제2 시동 모드로 하고, 각각 다른 시동 모드로 엔진 시동을 행한다.

여기서, 제2 시동 모드를 실행하는 처리에 대해 설명한다. 엔진 정지 중에, 운전자의 액셀러레이터 페달 조작에 상관없이, 예를 들어, 이하에 열기하는 시스템 시동 요구 중 어느 1개라도 성립한 경우에는, 제2 시동 모드에 의한 엔진 시동 요구라고 판단한다.

(1)자동 변속기(AT)의 유온이 미리 설정된 소정 온도(예를 들어 115℃ 이상)로 된 경우에는 제2 시동 모드로 엔진 시동을 행한다.

(2)자동 변속기(AT)의 유온이 미리 설정된 소정 온도 이하(예를 들어 15℃ 이하)로 된 경우에는 제2 시동 모드로 엔진 시동을 행한다. 이것은, 예를 들어, 하이브리드 차량이 교차점 등에서 소위 아이들링 스톱을 실행하는 경우, 장시간의 아이들링 스톱에 의한 자동 변속기(AT)의 유온의 과도한 저하를 방지하기 위해서이다.

(3)엔진(E)의 냉각수 온도가 미리 설정된 소정 온도 이상(예를 들어 120℃ 이상)으로 된 경우에는 제2 시동 모드로 엔진 시동을 행한다.

(4)엔진(E)의 냉각수 온도가 미리 설정된 소정 온도 이하(예를 들어 40℃ 이하)로 된 경우에는 제2 시동 모드로 엔진(E)의 시동을 행한다. 이것은, 예를 들어, 하이브리드 차량이 교차점 등에서 소위 아이들링 스톱을 실행하는 경우, 장시간의 아이들링 스톱에 의해 엔진(E)이 냉기 상태로 되는 것을 방지하기 위해서이다.

(5)모터 제너레이터(MG)의 출력 가능한 토크가, 미리 설정된 소정 토크 이하(예를 들어, 100Nm 이하)로 된 경우에는 제2 시동 모드로 엔진(E)의 시동을 행한다. 이것은, 모터 제너레이터(MG)의 과열에 의해, 모터 제너레이터(MG)로부터 출력 가능한 모터 토크가 상기 소정 토크보다도 저하되면, 이후에는 모터 제너레이터(MG)에 의해 엔진(1)을 시동할 수 없게 될 우려가 있기 때문이다.

(6)배터리(4)의 출력 가능한 전력이, 미리 설정된 소정 전력 이하(예를 들어 20kw 이하)로 된 경우에는 제2 시동 모드로 엔진 시동을 행한다. 도 6은 제1 실시예의 모터 제너레이터의 회전수와 토크의 관계를 나타내는 특성도이다. 배터리(4)의 온도 상승, 또는 배터리(4)의 온도 저하에 의해, 배터리(4)로부터 출력 가능한 전력이 저하되면, 도 6에 나타내는 바와 같이, 회전수가 커질수록, 모터 제너레이터(MG)에서 출력 가능한 모터 토크가 저하된다. 따라서, 배터리(4)로부터 출력 가능한 전력이 상기 소정 전력 이하로 저하된 경우에는, 모터 제너레이터(MG)의 사용 가능한 토크 영역이 감소하고, 이후 모터 제너레이터(5)에 의해 엔진(E)을 시동할 수 없게 될 우려가 있으므로, 제2 시동 모드에 의한 엔진 시동을 행한다. 여기서, 도 6 중의 실선 a는 배터리(4)의 출력이 50kw인 경우, 점선 b는 배터리(4)의 출력이 54kw인 경우, 1점 쇄선 c는 배터리(4)의 출력이 60kw인 경우를 나타내고 있다.

(7)배터리(4)의 배터리 SOC가, 미리 설정된 소정값 이하(예를 들어 배터리 SOC가 35% 이하)로 된 경우에는 제2 시동 모드로 엔진(E)의 시동을 행한다. 이것은, 예를 들어, 정체 등에 의해 장시간에 걸쳐 EV 모드로 주행한 경우에, 배터리(4)를 충전하기 위해서이다.

(8)차속이 미리 설정된 소정 속도 이상(예를 들어 100㎞/h 이상)으로 된 경우에는 제2 시동 모드로 엔진(E)의 시동을 행한다. 이것은, 모터 제너레이터(MG)의 회전이 고회전으로 되기 전에 엔진 시동하기 위해서이다.

(9)부압 펌프의 부압의 저하에 의해 엔진 시동 요구가 있는 경우에는 제2 시동 모드로 엔진(E)의 시동을 행한다. 이것은, 엔진(E)을 운전시켜 부압을 확보하기 위해서이다.

(10)하이브리드 차량이, 교차점 등에서 소위 아이들 스톱을 실행하는 경우, 아이들 스톱 중에 소정의 아이들 스톱 금지 조건이 성립한 경우에는 제2 시동 모드로 엔진(E)의 시동을 행한다.

(11)내리막길을 주행 중에, 배터리(9)의 배터리 SOC가, 미리 설정된 소정값 이상(예를 들어 배터리 SOC가 65% 이상)으로 된 경우에는 제2 시동 모드로 엔진(E)의 시동을 행한다. 이것은, 내리막길을 주행 중에 배터리(4)가 만충전되고, 회생 토크가 제한되기 전에, 엔진 브레이크를 이용하기 위해서이다.

또한, 이들 (1)∼(11)의 조건은, 제2 시동 모드라고 판정되는 엔진 시동 요구 조건의 일례이며, 제2 시동 모드라고 판정되는 엔진 시동 요구 조건은, 이들 (1)∼(11)의 조건에 한정되는 것은 아니다.

운전자의 액셀러레이터 조작의 결과, 엔진 시동을 행하는 경우에는, 운전자에게 엔진 시동 의도가 있으므로, 제1 클러치(CL1)의 체결에 수반하는 토크 변동보다도, 운전자의 액셀러레이터 조작으로부터 엔진 시동할 때까지의 시간이 길어졌을 때에, 운전자는 위화감을 느끼기 쉬워진다. 즉, 운전자의 액셀러레이터 조작의 결과, 엔진 시동하는 경우에는, 빠르게 엔진 시동하도록 제1 클러치(CL1)의 전달 토크 용량을 가변 제어하는 것이 바람직하다.

한편, 운전자의 액셀러레이터 조작 이외의 요인으로 엔진 시동하는 경우에는, 운전자에게 엔진을 시동시키는 의도가 없으므로, 엔진 시동할 때까지의 시간보다도, 제1 클러치(CL1)의 체결에 수반하는 토크 변동에 대하여 운전자는 위화감을 느끼기 쉬워진다. 즉, 운전자의 액셀러레이터 조작 이외의 요인으로 엔진 시동하는 경우에는, 제1 클러치(CL1)의 체결에 수반하는 토크 변동이 억제되도록 제1 클러치(CL1)의 전달 토크 용량을 가변 제어하는 것이 바람직하다.

따라서, 제1 실시예에서는, 엔진 시동 시에 제1 클러치(CL1)의 전달 토크 용량을 가변 제어하는 데 있어서, 제1 시동 모드보다도 제2 시동 모드의 쪽이 전달 토크 용량이 낮아지도록 제어한다. 그로 인해, 제2 시동 모드에 있어서는, 제1 클러치(CL1)의 체결에 의한 토크 변동에 수반하는 쇼크를 억제할 수 있다. 즉, 운전자의 의도하지 않는 주행 중의 엔진 시동 시에 있어서, 제1 클러치 체결 시의 토크 변동을 억제할 수 있고, 운전자에게 토크 변동에 수반하는 쇼크에 의한 위화감을 부여하는 것을 억제할 수 있다.

도 9는 제1 실시예의 제2 시동 모드에 있어서의 엔진 시동 제어 처리를 나타내는 타임차트이다.

시각 t4에 있어서, 엔진 시동 요구가 있으면, 제2 클러치(CL2)의 목표 전달 토크 용량은 요구 구동 토크에 따라 결정되므로, 이 경우에는 제로까지 저하시키고, 제1 클러치(CL1)의 목표 전달 토크 용량을 0으로부터 크랭킹 시의 목표값까지 증가시킨다. 그리고 시각 t2에 있어서, 엔진 회전수와 모터 제너레이터 회전수가 동기하면, 제1 클러치(CL1)의 목표 전달 토크 용량을 완전 체결로 되는 값을 향해 증가시키고, 제2 클러치(CL2)의 목표 전달 토크 용량은 차량 정지가 계속되고 있으므로 0인 채로 한다.

또한, 모터 제너레이터(MG)는, 엔진 크랭킹이 개시되는 시각 t4로부터 실제 회전수가 목표 회전수로 되도록 회전수 제어된다. 이 회전수 제어는, 시각 t4로부터 시각 t6까지 실시된다. 또한, 시각 t6 이후는 모터 제너레이터(MG)는 요구 구동 토크로 되도록 토크 제어된다. 또한, 제2 시동 모드에 있어서의 크랭킹 중의 제1 클러치(CL1)의 전달 토크 용량은, 제1 시동 모드의 경우보다도 낮아지도록 설정되어 있다. 그로 인해, 제2 시동 모드에 있어서의 크랭킹 시간은, 제1 시동 모드의 크랭킹 시간에 비해 길어지지만, 토크 변동은 작다.

여기서, 운전자가 브레이크 페달을 스텝핑하는 것에 의한 제동 중의 경우를 상정한다. 상술한 바와 같이, 상기 (1)∼(11)의 소정 조건 중 어느 하나가 성립하면, 제2 시동 모드에 의해 엔진 시동이 행해진다. EV 주행 모드에서의 주행 중에, 운전자가 브레이크 페달을 스텝핑하면, 소정 차속 이상에서는 코스트 토크를 재현하기 위해 모터 제너레이터(MG)에는 회생 토크가 발생한다. 이 상태에서, 서서히 차속이 저하되고, 소정 차속 미만으로 되면, 운전자의 브레이크 페달 조작에 따른 제동력은, 회생 토크가 감소하고, 그 대신에 브레이크 유닛(900)의 마찰 제동력에 의해 달성시킨다.

그 후, 모터 제너레이터(MG)는 통상의 엔진 차량의 주행 상태를 재현하기 위해 크리프 토크를 발생시킨다. 즉, 모터 제너레이터(MG)가 발생시키는 토크는, 부(負)측의 회생 토크로부터 정(正)측의 구동 토크로 전환된다. 이에 의해, 운전자는, 통상의 엔진 차량과 마찬가지로 크리프 토크를 얻을 수 있고, 예를 들어 브레이크 페달 조작만으로 차고 입고나 느린 주행 상태를 달성할 수 있다.

여기서, 모터 제너레이터(MG)에 의해 크리프 토크를 발생시키고 있는 상태에서, 제2 시동 모드의 요구가 있었던 경우에, 엔진 시동을 행하면, 크리프 토크를 발생시킨 채 엔진 시동을 행한다. 이때, 크리프 토크를 전달 가능하게 제2 클러치(CL2)의 전달 토크 용량이 확보되어 있으므로, 운전자에게 토크 변동에 의한 위화감을 부여하기 쉽다고 하는 문제가 있었다. 여기서, 어느 정도 차속이 저하되었다고 판단하였을 때에는, 완전 정차 전이라도 차량 정지라고 판단하고, 그것을 트리거로 하여 크리프 토크를 0을 향해 감소한다. 이 크리프 토크의 감소를 개시하는 타이밍을 트리거로 하여 엔진 시동을 개시한 경우에는, 크리프 토크가 높은 상태에서 엔진 시동을 행하게 되고, 제2 클러치(CL2)의 전달 토크 용량도 높으므로 운전자에게 부여하는 위화감이 커지기 쉽다.

따라서, 제1 실시예에서는, 차속을 트리거로 하는 것이 아니라, 모터 제너레이터(MG)가 발생시키고 있는 토크가 충분히 작은 소정값 이하로 되었을 때에, 처음으로 제2 시동 모드에 의한 엔진 시동을 허가하는 것으로 하였다. 도 7은 제1 실시예의 제2 시동 모드에 의한 엔진 시동 제어 처리를 나타내는 흐름도이다.

스텝 S101에서는, 제2 시동 모드에 의한 엔진 시동 요구가 있는지 여부를 판단하고, 엔진 시동 요구가 있을 때에는 스텝 S102로 진행하고, 그 이외일 때에는 본 스텝을 반복한다.

스텝 S102에서는, 브레이크 제동력이 소정 제동력 B1보다도 크고, 또한, 정차 판정이 ON인지 여부를 판단하고, 조건이 성립하였을 때에는 스텝 S103으로 진행하고, 그 이외일 때에는 스텝 S105로 진행한다. 여기서, 정차 판정이라 함은, 차속이 소정값 이하로 된 상태가 소정 시간 이상 계속된 경우에, 거의 차량 정지 상태에 근접하였다고 판정하는 것을 말한다. 따라서, 완전히 차량 정지하고 있다고는 할 수 없다. 또한, 차속은 차륜속 센서 등이 아니라, 모터 제너레이터 회전수를 검출하는 리졸버(13)에 의해 검출한다. 리졸버(13)는 차륜속 센서 등에 비해 분해능이 극히 높고, 극저 차속 영역이라도 고정밀도로 차속을 검출할 수 있기 때문이다. 모터 제너레이터측의 제어 처리에 있어서, 이 정차 판정이 ON으로 되면, 모터 제너레이터(MG)에 부여되어 있었던 크리프 토크는 0Nm을 향해 서서히 감소하도록 제어된다. 브레이크 제동력, 즉, 브레이크 유닛(900)에 의한 마찰 제동력이 소정 제동력 B1보다도 크면, 운전자에게 제동 의도가 있고, 또한, 차륜에 작용하는 토크 변동이 어느 정도 억제할 수 있다고 생각되기 때문이다.

스텝 S103에서는, 입력 토크[즉, 모터 제너레이터(MG)의 출력 토크]의 절대값이 0 이하인 상태가 규정 시간 T1 이상 경과하였는지 여부를 판단하고, 경과하였다고 판단하였을 때에는 스텝 S106으로 진행하고, 그 이외일 때에는 스텝 S104로 진행한다. 입력 토크 절대값이 0 이하인 상태가 규정 시간 T1 이상 경과하면, 크리프 토크의 부여는 완전히 종료한 상태라고 생각되고, 엔진 시동에 수반하는 토크 변동을 억제할 수 있기 때문이다.

여기서, 제1 실시예에서는, 입력 토크는 모터 제너레이터(MG)에의 지령 토크를 사용하여 판단하고 있지만, 모터 제너레이터(MG)에 공급되는 전류값에 기초하여 토크를 추정해도 되고, 토크 센서 등을 사용하여 입력 토크를 검출하는 구성으로 해도 된다.

스텝 S104에서는, 엔진 시동을 대기시킨다. 즉, 상기 (1)∼(11)의 소정 조건 중 어느 하나가 성립하고, 제2 시동 모드에 의한 엔진 시동 요구가 이루어졌다고 해도, 엔진 시동을 금지한다. 이에 의해, 토크 변동의 우려가 있는 경우에는, 엔진 시동을 회피함으로써, 운전자에게 부여하는 위화감을 회피할 수 있다.

스텝 S105에서는, 레인지 위치가 P 레인지 혹은 액셀러레이터 페달이 ON으로 되어 있는지 여부를 판단하고, 이들 조건이 성립하였을 때에는 스텝 S106으로 진행하고, 그 이외일 때에는 스텝 S102로 되돌아간다. 레인지 위치가 P 레인지이면, 파킹 로크 기구의 작동에 의해 차륜이 강제적으로 고정되므로, 입력 토크가 발생하고 있었다고 해도 토크 변동의 영향을 억제할 수 있다. 또한, 액셀러레이터 페달이 ON으로 된 경우에는, 운전자에게 발진 의도가 있으므로, 이제는 제1 시동 모드에 의한 엔진 시동이 적절하기 때문이다.

스텝 S106에서는, 엔진 시동 제어 처리를 개시한다. 또한, 이 엔진 시동 제어 처리는, 상술한 도 9에 있어서 설명한 처리가 실행된다.

도 8은 제1 실시예의 제2 시동 모드에 의한 엔진 시동 제어를 개시 판단하는 처리를 나타내는 타임차트이다. 타임차트의 최초의 주행 상태는, 운전자가 브레이크 페달을 스텝핑한 감속 중에, 차속이 소정 차속까지 감소하고 있는 상태이다. 또한, 차속의 감소에 따라 모터 제너레이터(MG)에 의한 회생 토크 출력 상태로부터 회생 토크의 감소를 개시하고, 브레이크 유닛(900)에 의한 마찰 제동력으로 서서히 전환되는 상태이다. 이 회생 토크의 감소는, 소정 차속이 되면 0으로 되도록 회생 토크 제어를 감소시키는 것이다. 또한, 제2 시동 모드에 의한 엔진 시동 요구는 이미 행해지고 있는 것으로 한다.

시각 t1에 있어서, 회생 토크가 0으로 되면, 차량 정지 판정용 타이머의 카운트 업을 개시한다. 또한, 이때에는 차속이 소정 차속까지 저하되고 있는 상태이다. 차량 정지 판정용 타이머는, 차속이 소정 차속 이하의 상태가 계속되고 있을 때에는 계속적으로 카운트 업이 행해지고, 차속이 상승한 경우에는 리셋되는 타이머이다. 차량 정지 판정용 타이머의 카운트 업과 동시에 모터 제너레이터(MG)는 크리프 토크의 발생을 개시하고, 서서히 토크를 증대한다.

시각 t2에 있어서, 차량 정지 판정용 타이머의 카운트값이 소정 시간을 경과하면, 차속이 충분히 저하된 상태가 얻어졌다고 판단하여 차량 정지 판정 플래그를 ON으로 세트한다. 이에 의해, 모터 제너레이터(MG)는 크리프 토크를 출력하고 있는 상태로부터 0 토크로 될 때까지 서서히 토크를 감소시킨다. 또한, 가령 이 타이밍에서 제2 시동 모드에 의한 엔진 시동을 허가해 버리면, 크리프 토크가 출력되고 있는 상태에서 제1 클러치(CL1)를 체결하게 된다. 크리프 토크가 출력되고 있을 때에는, 제2 클러치(CL2)도 전달 토크 용량을 갖고 있고, 비록 제1 클러치(CL1)에 끌어 넣어지는 분의 토크를 더하여 제어해도, 제1 클러치(CL1)의 전달 토크 용량의 편차나, 엔진 크랭킹 토크의 편차에 의해 안정된 모터 제너레이터 토크를 얻는 것은 곤란하다.

또한, 제2 클러치(CL2)측에 전달되는 토크를 제어하기 위해서는 피드백 제어적으로 될 수 밖에 없고, 역시 모터 제너레이터(MG)가 출력하는 토크에 변동이 발생해 버린다. 또한, 제2 클러치(CL2)를 슬립 제어하였다고 해도, 역시 입력측 회전수 변동에 기인하여 슬립량이 변동할 우려가 있다. 이 경우, 마찰 계수의 변동 등이 발생하여 구동륜에 전달되는 토크에 변동이 발생하고, 운전자에게 위화감을 부여할 우려가 있다. 따라서, 제1 실시예에서는, 모터 제너레이터(MG)가 토크를 출력하고 있는 상태[즉, 제2 클러치(CL2)가 전달 토크 용량을 갖고 있는 상태]에서는, 엔진 시동을 허가하지 않는 구성으로 하고 있다.

시각 t3에 있어서, 모터 제너레이터(MG)의 출력하는 크리프 토크가 0Nm으로 되면, 타이머의 카운트 업을 개시한다. 이때, 제2 클러치(CL2)의 전달 토크 용량도 0Nm으로 설정되어 있다. 그리고 시각 t4에 있어서, 타이머의 카운트값이 미리 설정된 규정 시간 T1 이상 경과하였다고 판단되면, 엔진 시동 허가 플래그가 ON으로 되고, 제2 시동 모드에 의한 엔진 시동이 개시된다. 이때, 차량도 차속이 충분히 저하된 상태이며, 브레이크 페달도 스텝핑되어 있으므로, 안정된 차량 정지 상태가 확보되어 있다. 따라서, 모터 제너레이터 토크를 엔진 시동용으로 출력하였다고 해도, 엔진 시동에만 토크를 사용하므로, 운전자에게 위화감을 부여하는 일 없이 엔진 시동할 수 있다.

이상 설명한 바와 같이, 제1 실시예의 하이브리드 차량에 있어서는, 하기에 열거하는 작용 효과를 얻을 수 있다.

(1)모터 제너레이터(MG)와 구동륜 사이에 설치된 제2 클러치(CL2)와, 엔진 시동 요구가 있을 때에는, 제2 클러치(CL2)를 체결하고, 모터 제너레이터(MG)에 의해 엔진 시동을 행하는 통합 컨트롤러(10)(엔진 시동 제어 수단)를 구비한 하이브리드 차량의 제어 장치에 있어서, 스텝 S103에서는, 제2 시동 모드에 의한 엔진 시동 요구가 있고, 또한, 모터 제너레이터(MG)의 출력 토크의 절대값이 소정값 이하로 되면, 엔진 크랭킹을 허가한다.

따라서, 엔진 시동에 수반하는 토크 변동을 억제할 수 있고, 운전자가 느끼는 위화감을 억제할 수 있다.

(2)소정값은 제로이며, 스텝 S103에서는, 모터 제너레이터 토크가 제로로 되고 나서, 미리 설정한 규정 시간 경과 후에 엔진 크랭킹을 허가한다.

즉, 시간의 경과에 의해 차량의 관성력 등에 의한 미속 주행 조건을 제외할 수 있고, 운전자에게 부여하는 위화감을 억제할 수 있다. 또한, 노면의 상황 변화나 운전자의 브레이크 조작 변동에 의한 영향을 배제할 수 있다.

(3)차속을 검출하는 리졸버(13)(차속 검출 수단)와, 상기 검출된 차속에 기초하여 차량이 정지하였는지 여부를 판단하는 스텝 S102(차량 정지 판단 수단)를 마련하고, 스텝 S102에서는, 차량 정지라고 판단되고 나서 엔진 크랭킹을 허가한다.

따라서, 모터 제너레이터 토크와 마찰 제동력만으로 판단하는 경우에 비해, 차량의 상태를 고정밀도로 검출할 수 있고, 엔진 시동에 수반하는 토크 변동을 확실히 억제할 수 있다. 가령, 모터 제너레이터 토크와 마찰 제동력만으로 판단해 버리면, 크리프 토크가 남은 상태라도 마찰 제동력이 높으면 차량 정지 판단을 행할 우려가 있고, 엔진 시동에 수반하는 토크 변동에 의해 운전자에게 위화감을 부여해 버리기 때문이다.

(4)차속 검출 수단은, 모터 제너레이터의 회전수를 검출하는 리졸버(13)(회전각 센서)에 기초하여 차속을 검출한다.

따라서, 차륜속 센서 등에 비해 극히 분해능이 높은 센서를 사용하므로, 극저 차속 영역에 있어서 고정밀도로 차량 정지 상태를 판정할 수 있다.

이상, 본 발명을 제1 실시예에 기초하여 설명하였지만, 구체적인 구성은 다른 구성이어도 된다.

또한, 제1 실시예에서는, 엔진 시동 허가 조건으로서, 모터 제너레이터(MG)의 출력 토크가 0인 상태가 규정 시간 이상 계속되는 것으로 하였지만, 브레이크 제동력이 모터 제너레이터 출력 토크에 소정값을 가산한 값 이상이면, 엔진 시동을 허가하는 구성으로 해도 된다. 확실히 구동륜이 고정되어 있고, 모터 제너레이터 토크가 작으면, 토크 변동이 발생하였다고 해도 근소하며, 운전자에게 위화감을 부여하지 않기 때문이다.

또한, 제1 실시예에서는, FR형의 하이브리드 차량에 대해 설명하였지만, FF형의 하이브리드 차량이어도 상관없다.

E : 엔진
CL1 : 제1 클러치
MG : 모터 제너레이터
CL2 : 제2 클러치
AT : 자동 변속기
1 : 엔진 컨트롤러
2 : 모터 컨트롤러
3 : 인버터
4 : 배터리
5 : 제1 클러치 컨트롤러
6 : 제1 클러치 유압 유닛
7 : AT 컨트롤러
8 : 제2 클러치 유압 유닛
9 : 브레이크 컨트롤러
10 : 통합 컨트롤러
24 : 브레이크 유압 센서
100 : 목표 구동력 연산부
200 : 모드 선택부
300 : 목표 충방전 연산부
400 : 동작점 지령부
500 : 변속 제어부

Claims (4)

  1. 모터 제너레이터와 구동륜 사이에 설치된 클러치와,
    엔진 시동 요구가 있을 때에는, 상기 모터 제너레이터에 의해 엔진 시동을 행하는 엔진 시동 제어 수단을 구비한 하이브리드 차량의 제어 장치에 있어서,
    상기 엔진 시동 제어 수단은, 엔진 시동 요구가 있고, 또한, 상기 모터 제너레이터의 출력 토크 절대값이 소정값 이하로 되고, 상기 클러치의 전달 토크 용량이 내려간 상태에서, 엔진 시동을 허가하는 것을 특징으로 하는, 하이브리드 차량의 제어 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 소정값은 제로이며,
    상기 엔진 시동 제어 수단은, 상기 모터 제너레이터의 출력 토크가 제로인 상태가 미리 설정한 규정 시간 경과 후에 엔진 시동을 허가하는 것을 특징으로 하는, 하이브리드 차량의 제어 장치.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 차속을 검출하는 차속 검출 수단과,
    상기 검출된 차속에 기초하여 차량이 정지하였는지 여부를 판단하는 차량 정지 판단 수단을 설치하고,
    상기 엔진 시동 제어 수단은, 차량 정지라고 판단되고 나서 엔진 시동을 허가하는 것을 특징으로 하는, 하이브리드 차량의 제어 장치.
  4. 제3항에 있어서, 상기 차속 검출 수단은, 모터 제너레이터의 회전수를 검출하는 회전각 센서에 기초하여 차속을 검출하는 것을 특징으로 하는, 하이브리드 차량의 제어 장치.
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