JP6237287B2 - ハイブリッド車両の駆動制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、ハイブリッド車両の駆動制御装置に関し、詳しくは、エンジンと、モータジェネレータとによって生成された動力を、動力伝達機構を介して駆動輪に伝達するハイブリッド車両の駆動制御装置に関する。

エンジンとモータジェネレータとを駆動源とし、エンジンと駆動輪とを切り離すことができないハイブリッド車両においては、ニュートラルレンジ等の非駆動レンジに対応するシフト位置が選択された場合には、駆動輪に伝達されるトルクを０にするために、モータジェネレータの出力トルクを０にし、エンジンが生成したトルクを駆動輪に伝達させないようにする必要がある。このように、駆動輪にトルクを伝達させずにエンジンを駆動させるモードを、以下、ＩＳＣ（Idle Speed Control）モードと呼ぶ。

例えば、特許文献１には、エンジン及びモータジェネレータよりなる駆動源の駆動力が目標駆動力となるように制御し、目標エンジン回転速度と実エンジン回転速度との偏差をなくすようにモータジェネレータをフィードバック制御するハイブリッド車両において、シフト位置が駐車レンジ又はニュートラルレンジであると判定され、かつ、車速が設定車速以下の低車速状態が一定時間以上継続した場合には、アイドル状態と判断して、車両の運転モードをＩＳＣモードに移行させ、フィードバック制御を制限するものが提案されている。

特許第５２４６４２９号公報

しかしながら、特許文献１で提案されたものは、エンジンのトルクが比較的高い状態でＩＳＣモードに移行した場合には、エンジンの回転速度が一時的に上昇してしまうことがあるといった課題があった。

そこで、本発明は、このような課題を解決するためになされたもので、ＩＳＣモードに移行したときに、エンジンの回転速度が一時的に上昇することを抑制することができる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。

本発明の第１の態様は、エンジンと、モータジェネレータとによって生成された動力を、動力伝達機構を介して駆動軸に伝達し、前記エンジンと前記駆動軸とを切り離すことができないハイブリッド車両の駆動制御装置であって、前記エンジンの回転速度が目標回転速度になるように前記モータジェネレータを制御するフィードバック制御を実行するフィードバック制御部と、前記エンジンに生成させるトルクを設定するエンジントルク設定部と、を備え、前記フィードバック制御部は、前記駆動軸にトルクを伝達させずに前記エンジンを駆動させるＩＳＣモードを運転モードとして有し、前記運転モードを前記ＩＳＣモードに移行させるＩＳＣモード移行要求を受けた場合には、前記エンジントルク設定部に規定トルク未満のトルクを設定させ、前記エンジンによって生成されたエンジントルクが規定トルク未満であると判断されたことを条件として、前記フィードバック制御を中止することを特徴とするものである。

本発明の第２の態様として、シフト位置を検出するシフト位置センサを更に備え、前記ＩＳＣモード移行要求とは、前記シフト位置センサによって検出されたシフト位置が非駆動レンジに切り替えられたことを条件として判断されるものであってもよい。

本発明の第３の態様として、前記エンジンによって生成されたエンジントルクが規定トルク未満であるか否かは、前記モータジェネレータの出力トルクに基づいて検出された前記エンジントルクの値、または、前記エンジントルク設定部によって規定トルク未満のトルクが設定されてからの経過時間のいずれかに応じて判断されるものであってもよい。

このように、上記の第１の態様は、エンジンによって生成されたエンジントルクが規定トルク未満に低下することにより、モータジェネレータの出力トルクが十分に低下してから、ハイブリッド車両の運転モードをＩＳＣモードに移行させるため、エンジンの回転速度が一時的に上昇することを抑制することができる。

上記の第２の態様は、ＩＳＣモード移行要求を検出することができる。

上記の第３の態様は、エンジンによって生成されたエンジントルクを検出することなく、エンジンによって生成されたエンジントルクが十分に低下していることを検出することができる。

図１は、本発明の実施の形態に係る駆動制御装置を搭載したハイブリッド車両の要部を示す構成図である。 図２は、従来の制御によって車両の運転モードをＭＧ回転フィードバックモードからＩＳＣモードに移行させたときのタイミングチャートである。 図３は、本発明の実施の形態に係る駆動制御装置による駆動力制限動作を示すフローチャートである。 図４は、本発明の実施の形態に係る駆動制御装置によって車両の運転モードをＭＧ回転フィードバックモードからＩＳＣモードに移行させたときのタイミングチャートである。

以下、図面を参照して、本発明の実施の形態について詳細に説明する。図１に示すように、本発明の実施の形態に係る駆動制御装置を搭載したハイブリッド車両（以下、単に「車両」という）１００は、駆動機構１と、ＥＣＵ（Electronic Control Unit）３２とを備えている。

駆動機構１は、内燃機関型のエンジン２と、エンジン２の出力軸３と、電力から駆動力を生成するとともに駆動されることにより電力を生成する第１モータジェネレータ４及び第２モータジェネレータ５と、車両１００の駆動輪６に接続される駆動軸７と、動力伝達機構１０を構成する第１遊星歯車機構８及び第２遊星歯車機構９とを含んで構成される。

エンジン２は、吸気行程、圧縮行程、膨張行程及び排気行程からなる一連の４行程を行うとともに、圧縮行程及び膨張行程の間に点火を行う４サイクルのエンジンによって構成されている。エンジン２の出力軸３は、第１遊星歯車機構８と第２遊星歯車機構９とに接続されている。

出力軸３には、ワンウェイクラッチ４０が設けられており、ワンウェイクラッチ４０は、エンジン２の出力軸３が逆回転した場合に、この逆回転のトルクを第１遊星歯車機構８及び第２遊星歯車機構９に伝達させないように構成されている。

第１モータジェネレータ４は、ロータ軸１３と、ロータ１４と、ステータ１５とを有している。ロータ１４には、複数の永久磁石が埋め込まれている。ステータ１５は、ステータコア及びステータコアに巻き掛けられた三相コイルを有している。ステータ１５の三相コイルは、第１インバータ１９に接続されている。

このように構成された第１モータジェネレータ４において、ステータ１５の三相コイルに三相交流電力が供給されると、ステータ１５によって回転磁界が形成され、この回転磁界にロータ１４に埋め込まれた永久磁石が引かれることにより、ロータ１４がロータ軸１３周りに回転駆動される。すなわち、第１モータジェネレータ４は、電動機として機能し、車両１００を駆動する駆動力を生成することができるようになっている。

また、ロータ１４がロータ軸１３周りに回転すると、ロータ１４に埋め込まれた永久磁石によって回転磁界が形成され、この回転磁界によりステータ１５の三相コイルに誘導電流が流れることにより、三相コイルの両端に電力が発生する。すなわち、第１モータジェネレータ４は、発電機としても機能し、バッテリ２１を充電する電力を生成することができるようになっている。

第２モータジェネレータ５は、ロータ軸１６と、ロータ１７と、ステータ１８とを有している。ロータ１７には、複数の永久磁石が埋め込まれている。ステータ１８は、ステータコア及びステータコアに巻き掛けられた三相コイルを有している。ステータ１８の三相コイルは、第２インバータ２０に接続されている。

このように構成された第２モータジェネレータ５において、ステータ１８の三相コイルに三相交流電力が供給されると、ステータ１８によって回転磁界が形成され、この回転磁界にロータ１７に埋め込まれた永久磁石が引かれることにより、ロータ１７がロータ軸１６周りに回転駆動される。すなわち、第２モータジェネレータ５は、電動機として機能し、車両１００を駆動する駆動力を生成することができるようになっている。

また、ロータ１７がロータ軸１６周りに回転すると、ロータ１７に埋め込まれた永久磁石によって回転磁界が形成され、この回転磁界によりステータ１８の三相コイルに誘導電流が流れることにより、三相コイルの両端に電力が発生する。すなわち、第２モータジェネレータ５は、発電機としても機能し、バッテリ２１を充電する電力を生成することができるようになっている。

第１遊星歯車機構８は、サンギヤ２２と、サンギヤ２２に噛み合う複数のプラネタリギヤ２３と、複数のプラネタリギヤ２３に噛み合うリングギヤ２５とを有し、プラネタリギヤ２３を自転可能に支持するプラネタリキャリア２４が設けられている。

第２遊星歯車機構９は、サンギヤ２６と、サンギヤ２６に噛み合う複数のプラネタリギヤ２７と、複数のプラネタリギヤ２７に噛み合うリングギヤ２９とを有し、プラネタリギヤ２７を自転可能に支持するプラネタリキャリア２８が設けられている。

第１遊星歯車機構８のサンギヤ２２は、第１モータジェネレータ４のロータ１４と一体に回転するように、ロータ軸１３に接続されている。第１遊星歯車機構８のプラネタリキャリア２４と、第２遊星歯車機構９のサンギヤ２６とは、エンジン２の出力軸３にワンウェイクラッチ４０を介して一体に回転するように接続されている。

第１遊星歯車機構８のリングギヤ２５は、第２遊星歯車機構９のプラネタリギヤ２７にプラネタリキャリア２８を介してロータ軸１３周りに公転可能に接続されている。また、第１遊星歯車機構８のリングギヤ２５は、デファレンシャルギヤ及びその他のギヤを含む出力伝達機構３１を介して駆動軸７を回転させるように形成されている。

第２遊星歯車機構９のリングギヤ２９には、第２モータジェネレータ５のロータ１７と一体に回転するようにロータ軸１６に接続されている。このように、動力伝達機構１０は、エンジン２と、第１モータジェネレータ４と、第２モータジェネレータ５と、駆動軸７との間で駆動力を授受させるようになっている。例えば、動力伝達機構１０は、エンジン２と、第１モータジェネレータ４と、第２モータジェネレータ５とによって生成された動力を駆動軸７に伝達するようになっている。

ＥＣＵ３２は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）と、ＲＡＭ（Random Access Memory）と、ＲＯＭ（Read Only Memory）と、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。

ＥＣＵ３２のＲＯＭには、各種制御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ＥＣＵ３２として機能させるためのプログラムが記憶されている。すなわち、ＥＣＵ３２において、ＣＰＵがＲＯＭに記憶されたプログラムを実行することにより、当該コンピュータユニットは、ＥＣＵ３２として機能する。

ＥＣＵ３２の入力ポートには、アクセルペダルの開度（以下、単に「アクセル開度」という）Ａｃｃを検出するアクセル開度センサ４１と、車速Ｖを検出する車速センサ４２と、エンジン２の機関回転速度（以下、単に「エンジン回転速度」という）Ｎｅを検出するエンジン回転速度センサ４３と、シフト位置Ｓｐを検出するシフト位置センサ４４とが接続されている。

また、ＥＣＵ３２の出力ポートには、第１インバータ１９と第２インバータ２０とに加えて、エンジン２の燃焼室内に向けて燃料を噴射するインジェクタ４５と、エンジン２の吸入空気量を調整するスロットルバルブの開度を調整するスロットルバルブアクチュエータ４６とが接続されている。

本実施の形態において、ＥＣＵ３２は、第１モータジェネレータ４及び第２モータジェネレータ５の少なくとも一方で車両１００を駆動するＥＶモードと、エンジン２で車両１００を駆動しつつ、第１モータジェネレータ４及び第２モータジェネレータ５の少なくとも一方でエンジン回転速度を調整するＭＧ回転フィードバックモードと、駆動輪７にトルクを伝達させずにエンジン２を駆動させるＩＳＣモードとを含む複数の運転モードのなかで、いずれかの運転モードで車両１００を制御するようになっている。

ＥＣＵ３２は、エンジン２の回転速度が目標回転速度になるように第１モータジェネレータ４及び第２モータジェネレータ５の少なくとも一方を制御するフィードバック制御を実行するフィードバック制御部５０を構成する。

具体的には、ＥＣＵ３２は、車両１００に要求される駆動力（以下、単に「要求駆動力」という）Ｆｒｅｑを決定するようになっている。詳細には、ＥＣＵ３２のＲＯＭには、アクセル開度Ａｃｃと車速Ｖとに対して要求駆動力Ｆｒｅｑが対応付けられた要求駆動力マップがシフト位置Ｓｐ毎に格納されている。

ＥＣＵ３２は、シフト位置センサ４４によって検出されたシフト位置Ｓｐに対応する要求駆動力マップを参照し、アクセル開度センサ４１によって検出されたアクセル開度Ａｃｃと、車速センサ４２によって検出された車速Ｖとに基づいて要求駆動力Ｆｒｅｑを決定するようになっている。

また、ＥＣＵ３２は、車両１００に要求されるパワー（以下、単に「車両要求パワー」という）Ｐｒｅｑを決定するようになっている。本実施の形態において、ＥＣＵ３２は、要求駆動力Ｆｒｅｑと車速Ｖと所定定数とを乗算することにより、車両要求パワーＰｒｅｑを算出するようになっている。ここで、所定定数は、出力伝達機構３１のギヤ比に応じた定数である。

また、ＥＣＵ３２は、エンジン２が目標とする目標エンジンパワーＰｅを算出するようになっている。本実施の形態において、ＥＣＵ３２は、バッテリ２１の充電及び補機に要するパワーを車両要求パワーＰｒｅｑに加算することにより、目標エンジンパワーＰｅを算出するようになっている。

ＥＣＵ３２のＲＯＭには、エンジン２が最適な燃費で駆動する動作マップが格納されている。動作マップは、エンジン２が最適な燃費で駆動するための目標エンジン回転速度と目標エンジントルクとの関係を表す最適燃費線が規定されている。

ＥＣＵ３２は、ＭＧ回転フィードバックモードにおいて、動作マップ上で最適燃費線と目標エンジンパワーＰｅを表す等出力線との交点にあたる目標エンジン回転速度と、エンジン回転速度Ｎｅとが一致するように、第１インバータ１９と第２インバータ２０とを制御することにより、第１モータジェネレータ４及び第２モータジェネレータ５の出力トルクを調整するフィードバック制御を実行するようになっている。

また、ＥＣＵ３２は、ＩＳＣモードにおいて、第１インバータ１９と第２インバータ２０とを制御することにより、第１モータジェネレータ４及び第２モータジェネレータ５の出力トルクを０にするとともに、動作マップ上で最適燃費線と目標エンジンパワーＰｅを表す等出力線との交点にあたる目標エンジン回転速度と、エンジン回転速度Ｎｅとがアイドル運転時の目標アイドル回転速度で一致するように、例えば、スロットルバルブアクチュエータ４６を制御することにより、エンジン２の吸入空気量を制御するようになっている。

本実施の形態において、ＥＣＵ３２は、車両１００の運転モードをＭＧ回転フィードバックモードからＩＳＣモードに移行させることを要求するＩＳＣモード移行要求があったことを条件として、車両１００の運転モードをＭＧ回転フィードバックモードからＩＳＣモードに移行させるようになっている。

ここで、ＥＣＵ３２は、車両１００を駆動させないニュートラルレンジ及びパーキングレンジ等の非駆動レンジに対応するシフト位置Ｓｐに切り替えられたことを条件として、ＩＳＣモード移行要求があったと判断するようになっている。なお、ＥＣＵ３２は、車速Ｖが予め定められた速度より低い状態が所定時間継続したことを条件として、ＩＳＣモード移行要求があったと判断するようにしてもよい。

また、ＥＣＵ３２は、動作マップ上で最適燃費線と目標エンジンパワーＰｅを表す等出力線との交点にあたる目標エンジン回転速度と、エンジン回転速度Ｎｅとが一致するように、エンジン２に生成させるトルクを設定するエンジントルク設定部５１を構成する。

具体的には、ＥＣＵ３２は、車両１００の運転モードをＭＧ回転フィードバックモードからＩＳＣモードに移行させることを条件として、エンジン２の指示トルクを０に設定し、エンジン２の自立運転が可能な状態とする。これより、ＥＣＵ３２は、エンジン２によって生成されたエンジントルクＴｅが規定トルク未満になるように、エンジン２に生成させるトルクを設定するようになっている。

ここで、規定トルクは、エンジン２がアイドル運転時にあるときの目標アイドルトルク以下で予め定められた適合値である。

また、ＥＣＵ３２は、車両１００の運転モードをＭＧ回転フィードバックモードからＩＳＣモードに移行させることを条件として、フィードバック制御を中止するようになっている。

図２は、ＩＳＣモード移行要求があったときに車両１００の運転モードをＭＧ回転フィードバックモードからＩＳＣモードに移行させる従来の制御によるエンジン回転速度Ｎｅ、エンジントルクＴｅ及び第１モータジェネレータ４の出力トルク（図中、「ＭＧ１トルク」と記す）を時間軸上に表している。

図２に示すように、エンジントルクＴｅが十分に低下していない時刻ｔ１で、ＩＳＣモード移行要求があったときに、車両１００の運転モードをＩＳＣモードに移行させると、第１モータジェネレータ４の出力トルクが０に制御されるため、エンジン回転速度Ｎｅが一時的に上昇することがある。

このため、ＥＣＵ３２は、ＩＳＣモード移行要求があった場合には、エンジントルクＴｅが規定トルク未満であることを条件として、車両１００の運転モードをＭＧ回転フィードバックモードからＩＳＣモードに移行させるようになっている。

すなわち、ＥＣＵ３２は、シフト位置センサ４４によって検出されたシフト位置Ｓｐが非駆動レンジに対応している状態で、エンジントルクＴｅが規定トルク未満であることを条件として、フィードバック制御を中止するようになっている。

ＥＣＵ３２は、エンジントルクＴｅを検出するエンジントルク検出部５２を構成する。ここで、第１遊星歯車機構８のサンギヤ２２の歯数をＺＳ１とし、第１遊星歯車機構８のリングギヤ２５の歯数をＺＲ１とし、第２遊星歯車機構９のサンギヤ２６の歯数をＺＳ２とし、第２遊星歯車機構９のリングギヤ２９の歯数をＺＲ２とする。

また、ｋ１＝ＺＲ１／ＺＳ１とし、ｋ２＝ＺＲ２／ＺＳ２とし、第１モータジェネレータ４の出力トルクをＴｍｇ１とし、第２モータジェネレータ５の出力トルクをＴｍｇ２とすると、エンジントルクＴｅは、以下の式（１）を演算することによって求めることができる。

Ｔｅ＝−（１＋ｋ１）Ｔｍｇ１＋ｋ２×Ｔｍｇ２ （１）

すなわち、ＥＣＵ３２は、式（１）を演算することにより、エンジントルクＴｅを検出するようになっている。なお、第１モータジェネレータ４の出力トルクＴｍｇ１と、第２モータジェネレータ５の出力トルクＴｍｇ２とは、各モータジェネレータの三相コイルに流れる電流の値と、各モータジェネレータのトルクとの関係を表すマップを参照することにより、特定することができる。

以上のように構成された本発明の実施の形態に係る駆動制御装置による駆動力制限動作について図３を参照して説明する。なお、以下に説明する駆動力制限動作は、車両１００の運転モードがＭＧ回転フィードバックモードにあるときに、繰り返し実行される。

まず、ＥＣＵ３２は、ＩＳＣモード移行要求があったか否かを判断する（ステップＳ１）。ここで、ＩＳＣモード移行要求がなかったと判断した場合には、ＥＣＵ３２は、駆動力制限動作を終了する。

一方、ＩＳＣモード移行要求があったと判断した場合には、ＥＣＵ３２は、エンジン２の指示トルクを０に設定する（ステップＳ２）。次いで、ＥＣＵ３２は、エンジントルクＴｅが規定トルク未満であるか否かを判断する（ステップＳ３）。

ここで、エンジントルクＴｅが規定トルク未満でないと判断した場合には、ＥＣＵ３２は、駆動力制限動作をステップＳ３に戻す。一方、エンジントルクＴｅが規定トルク未満であると判断した場合には、ＥＣＵ３２は、車両１００の運転モードをＩＳＣモードに移行させ（ステップＳ４）、駆動力制限動作を終了する。

図４は、本発明の実施の形態に係る駆動制御装置によって、ＩＳＣモード移行要求があったときのエンジン回転速度Ｎｅ、エンジントルクＴｅ及び第１モータジェネレータ４の出力トルク（図中、「ＭＧ１トルク」と記す）を時間軸上に表している。

図４に示すように、本実施の形態は、エンジントルクＴｅが十分に低下していない時刻ｔ１１で、ＩＳＣモード移行要求があった場合に、エンジントルクＴｅが規定トルク未満に低下し、第１モータジェネレータ４の出力トルクも０に近づいた時刻ｔ１２で、車両１００の運転モードをＭＧ回転フィードバックモードからＩＳＣモードに移行させるため、エンジン回転速度Ｎｅが一時的に上昇することが抑制される。

なお、本実施の形態において、ＥＣＵ３２は、エンジントルクＴｅを検出するエンジントルク検出部５２を構成し、式（１）を演算することにより、エンジントルクＴｅを検出し、検出したエンジントルクＴｅが規定トルク未満であるか否かを判断するものとして説明した。

これに代えて、ＥＣＵ３２は、ＩＳＣモード移行要求に応じてエンジントルクＴｅが０になるように設定してから規定時間が経過したことを条件として、エンジントルクＴｅが規定トルク未満であると判断するようにしてもよい。

以上、本発明の実施の形態を開示したが、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特許請求の範囲に記載された請求項に含まれることが意図されている。

２ エンジン
４ 第１モータジェネレータ（モータジェネレータ）
５ 第２モータジェネレータ（モータジェネレータ）
１０ 動力伝達機構
３２ ＥＣＵ
４４ シフト位置センサ
５０ フィードバック制御部
５１ エンジントルク設定部
５２ エンジントルク検出部
１００ 車両（ハイブリッド車両）

Claims (3)

1. エンジンと、モータジェネレータとによって生成された動力を、動力伝達機構を介して駆動軸に伝達し、前記エンジンと前記駆動軸とを切り離すことができないハイブリッド車両の駆動制御装置であって、
   前記エンジンの回転速度が目標回転速度になるように前記モータジェネレータを制御するフィードバック制御を実行するフィードバック制御部と、
   前記エンジンに生成させるトルクを設定するエンジントルク設定部と、を備え、
   前記フィードバック制御部は、前記駆動軸にトルクを伝達させずに前記エンジンを駆動させるＩＳＣモードを運転モードとして有し、前記運転モードを前記ＩＳＣモードに移行させるＩＳＣモード移行要求を受けた場合には、前記エンジントルク設定部に規定トルク未満のトルクを設定させ、前記エンジンによって生成されたエンジントルクが規定トルク未満であると判断されたことを条件として、前記フィードバック制御を中止する駆動制御装置。
2. シフト位置を検出するシフト位置センサを更に備え、
   前記ＩＳＣモード移行要求とは、前記シフト位置センサによって検出されたシフト位置が非駆動レンジに切り替えられたことを条件として判断されるものであることを特徴とする請求項１に記載の駆動制御装置。
3. 前記エンジンによって生成されたエンジントルクが規定トルク未満であるか否かは、前記モータジェネレータの出力トルクに基づいて検出された前記エンジントルクの値、または、前記エンジントルク設定部によって規定トルク未満のトルクが設定されてからの経過時間のいずれかに応じて判断されるものであることを特徴とする請求項１に記載の駆動制御装置。

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