JP7615975B2 - ハイブリッド車両の制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、ハイブリッド車両の制御装置に関する。

駆動源としてエンジン及びモータを備えたハイブリッド車両が知られている。このようなハイブリッド車両では、モータを駆動源として走行するモータモード又はエンジンを駆動源として走行するエンジンモードに走行モードを切り替えることができる。モータモードで走行中に減速要求がある場合には、モータの回生運転によりモータ制動トルクを生じさせて減速を図る。エンジンモードで走行中に減速要求がある場合には、燃料カットによりエンジン制動トルクを生じさせて減速を図る（例えば特許文献１参照）。

特開２０１３－１８０６９５号公報

例えば減速中にモータモードからエンジンモードに切り替えられた場合には、トルクショックが発生するおそれがある。

そこで本発明は、トルクショックの発生を抑制した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。

上記目的は、駆動源としてエンジン及びモータを備え、前記エンジンから車輪までの動力伝達経路にＫ０クラッチ及び前記モータが順に設けられたハイブリッド車両に適用され、前記Ｋ０クラッチを解放して前記モータを駆動源として走行するモータモード又は前記Ｋ０クラッチを係合して前記エンジンを駆動源として走行するエンジンモードに走行モードを切り替えるハイブリッド車両の制御装置において、走行モードが前記モータモードの場合に減速要求があるか否かを判定する判定部と、前記判定部により肯定判定がなされた場合に、前記モータの回生運転を実行して前記モータのトルクをモータ回転数に基づいてモータ制動トルクに制御するモータ制御部と、を備え、走行モードが前記エンジンモードであった場合にエンジン回転数が低下するほど０に近づく燃料カット実行時でのエンジン制動トルクに基づいて、前記モータ制御部は、前記モータ制動トルクを、前記モータ回転数が前記エンジン回転数と同じ場合でのエンジン制動トルクに対応させ、前記モータモードから前記エンジンモードへの切替制御が開始されて前記Ｋ０クラッチはスリップ状態となると、前記モータ制御部は、前記モータのトルクを、予め定められた前記エンジンのクランキングに必要な分のトルクだけ前記モータ制動トルクから増大させ、前記Ｋ０クラッチが係合して前記モータモードから前記エンジンモードへ切り替えが完了すると、前記モータのトルクを０に制御し前記エンジンでの燃料カットを実行する、ハイブリッド車両の制御装置によって達成できる。

本発明によれば、トルクショックの発生を抑制したハイブリッド車両の制御装置を提供できる。

図１は、ハイブリッド車両の概略構成図である。 図２は、エンジン及びモータの減速制御の一例を示したタイミングチャートである。 図３は、ＥＣＵが実行するモータの減速制御の一例を示したフローチャートである。 図４は、燃料カットによるエンジン制動トルクとエンジン回転数との関係を規定したマップである。

［ハイブリッド車両の概略構成］
図１は、ハイブリッド車両１の概略構成図である。ハイブリッド車両１には、エンジン１０から車輪１３までの動力伝達経路に、Ｋ０クラッチ１４、モータ１５、トルクコンバータ１８、及び自動変速機１９が順に設けられている。エンジン１０及びモータ１５は駆動源としてハイブリッド車両１に搭載されている。エンジン１０は、例えばＶ型６気筒ガソリンエンジンであるが気筒数はこれに限定されず、また直列エンジンであってもよいし、ディーゼルエンジンであってもよい。Ｋ０クラッチ１４、モータ１５、トルクコンバータ１８、及び自動変速機１９は、変速ユニット１１内に設けられている。変速ユニット１１と左右の車輪１３とは、ディファレンシャル１２を介して駆動連結されている。

Ｋ０クラッチ１４は、同動力伝達経路上のエンジン１０とモータ１５との間に設けられている。Ｋ０クラッチ１４は、油圧の供給を受けて係合状態となって、エンジン１０とモータ１５との動力伝達を接続する。Ｋ０クラッチ１４は、油圧供給の停止に応じて開放状態となって、エンジン１０とモータ１５との動力伝達を遮断する。

モータ１５は、インバータ１７を介してバッテリ１６に接続されている。モータ１５は、バッテリ１６からの給電に応じて車両の駆動力を発生するモータとして機能する一方で、エンジン１０や車輪１３からの動力伝達に応じてバッテリ１６に充電する電力を発電する発電機としても機能する。モータ１５とバッテリ１６との間で授受される電力は、インバータ１７により調整されている。

インバータ１７は、後述するＥＣＵ４０によって制御され、バッテリ１６からの直流電圧を交流電圧に変換するか、またはモータ１５からの交流電圧を直流電圧に変換する。モータ１５がトルクを出力する力行運転の場合、インバータ１７はバッテリ１６の直流電圧を交流電圧に変換してモータ１５に供給される電力を調整する。モータ１５が発電する回生運転の場合、インバータ１７はモータ１５からの交流電圧を直流電圧に変換してバッテリ１６に供給される電力を調整する。

トルクコンバータ１８は、トルク増幅機能を有した流体継ぎ手である。自動変速機１９は、ギア段の切替えにより変速比を多段階に切替える有段式の自動変速機である。自動変速機１９は、動力伝達経路上のモータ１５と車輪１３の間に設けられている。トルクコンバータ１８を介して、モータ１５と自動変速機１９とが連結されている。トルクコンバータ１８には、油圧の供給を受けて係合状態となってモータ１５と自動変速機１９とを直結するロックアップクラッチ２０が設けられている。

変速ユニット１１には、更にオイルポンプ２１と油圧制御機構２２とが設けられている。オイルポンプ２１で発生した油圧は、油圧制御機構２２を介して、Ｋ０クラッチ１４、トルクコンバータ１８、自動変速機１９、及びロックアップクラッチ２０にそれぞれ供給されている。油圧制御機構２２には、Ｋ０クラッチ１４、トルクコンバータ１８、自動変速機１９、及びロックアップクラッチ２０のそれぞれの油圧回路と、それらの作動油圧を制御するための各種の油圧制御弁と、が設けられている。

ハイブリッド車両１には、同車両の制御装置としてのＥＣＵ（Electronic Control Unit）４０が設けられている。ＥＣＵ４０は、車両の走行制御に係る各種演算処理を行う演算処理回路と、制御用のプログラムやデータが記憶されたメモリと、を備える電子制御ユニットである。ＥＣＵ４０は、ハイブリッド車両の制御装置の一例であり、詳しくは後述する判定部及びモータ制御部を機能的に実現する。

ＥＣＵ４０は、エンジン１０及びモータ１５の駆動を制御する。例えばＥＣＵ４０は、エンジン１０のスロットル開度、点火時期、燃料噴射量を制御することにより、エンジン１０のトルクや回転数を制御する。またＥＣＵ４０は、油圧制御機構２２の制御を通じて、Ｋ０クラッチ１４やロックアップクラッチ２０、自動変速機１９の駆動制御を行う。

ＥＣＵ４０は、インバータ１７を制御して、モータ１５とバッテリ１６との間での電力の授受量を調整することで、モータ１５の回転数やトルクを制御する。また詳しくは後述するがＥＣＵ４０は、回生運転でのモータ制動トルクが目標値となるように、インバータ１７がモータ１５からバッテリ１６へ供給される電力を制御する。

ＥＣＵ４０には、イグニッションスイッチ３１、クランク角センサ３２、モータ回転数センサ３３、アクセル開度センサ３４、ブレーキ開度センサ３５、ＳＯＣ（State Of Charge）センサ３６等からの信号が入力される。クランク角センサ３２は、エンジン１０のクランクシャフトの回転速度を検出する。モータ回転数センサ３３は、モータ１５の出力軸の回転速度を検出する。アクセル開度センサ３４は、運転者のアクセルペダルの踏込量であるアクセルペダル開度を検出する。ブレーキ開度センサ３５は、運転者のブレーキペダルの踏込量であるブレーキペダル開度を検出する。ＳＯＣセンサ３６は、バッテリ１６のＳＯＣを検出する。尚、ＳＯＣはバッテリ１６の蓄電残量を示し、たとえば満充電状態の蓄電量に対する現在の蓄電量の割合を０～１００％で表わしたものである。

ＥＣＵ４０は、モータモード及びハイブリッドモードの何れかの走行モードでハイブリッド車両を走行させる。モータモードでは、ＥＣＵ４０はＫ０クラッチ１４を解放し、モータ１５を駆動源とする。ハイブリッドモードでは、ＥＣＵ４０はＫ０クラッチ１４を係合して少なくともエンジン１０を駆動源とする。具体的には、ハイブリッドモードでは、エンジン１０を駆動源として走行するモード、モータ１５を力行運転させてエンジン１０及びモータ１５の双方を駆動源として走行するモードを含む。本明細書では、ハイブリッドモードに含まれるエンジン１０を駆動源として走行するモードを、エンジンモードと称する。

走行モードの切り替えは、車速やアクセル開度から求められた車両の要求駆動力と、バッテリ１６の充電状態などに基づいて行われる。例えば、要求駆動力が比較的小さく、バッテリ１６のＳＯＣが比較的高い場合には、燃費を向上させるためにエンジン１０を停止した電気走行モードが選択される。要求駆動力が比較的大きい場合や、バッテリ１６のＳＯＣが比較的低い場合には、少なくともエンジン１０が駆動したハイブリッド走行モードが選択される。

例えば、モータモードにおいて減速要求がある場合には、モータ１５による回生運転が行われ、モータ１５の発電電力がバッテリ１６に充電されながらモータ制動トルクにより減速が実現される。しかしながら、このような減速中にバッテリ１６のＳＯＣが１００％になると、それ以上モータ１５の発電電力をバッテリ１６に充電することができずに、この結果回生運転による減速を継続することができない。このため、このような場合にはＥＣＵ４０は、モータモードからエンジンモードに切り替えてエンジン１０で燃料カットを実行し、燃料カットにより生じるエンジン制動トルクにより減速を継続する。ＥＣＵ４０は、このような減速中でのモータモードからエンジンモードに切り替えの際に、モータ制動トルクとエンジン制動トルクとの差に起因してトルクショックが発生することを抑制する制御を実行する。

［エンジン及びモータの減速制御］
次に、ＥＣＵ４０が実行するエンジン１０及びモータ１５の減速制御について説明する。図２は、エンジン１０及びモータ１５の減速制御の一例を示したタイミングチャートである。図２には、エンジン回転数［ｒｐｍ］、モータ回転数［ｒｐｍ］、エンジントルク［Ｎｍ］、モータトルク［Ｎｍ］、システム軸トルク［Ｎｍ］、及びＫ０クラッチ１４の状態を示している。図２では、モータ回転数及びモータトルクを実線で示し、エンジン回転数及びエンジントルクは点線で示し、システム軸トルクは破線で示す。システム軸トルクは、ハイブリッド車両１全体のトルクであり、エンジントルクとモータトルクとの合計に相当する。図２では、減速中にモータモードからエンジンモードに移行する場合を示す。

時刻ｔ０では、モータモードでアクセル及びブレーキがＯＦＦで減速中であり、モータ１５は回生運転中であり、モータトルクが負トルクとなるモータ制動トルクが発生している。本実施例ではモータ制動トルクは、モータ回転数の低下するにつれて０に近づくが、詳しくは後述する。尚、上述したようにモータモードではＫ０クラッチ１４は解放状態であり、エンジン１０は停止しているためエンジントルク及びエンジン回転数は共に０である。

時刻ｔ１でバッテリ１６のＳＯＣが１００％になると、モータモードからエンジンモードの切替制御が開始される。具体的には、オイルポンプ２１から油圧が供給されてＫ０クラッチ１４はスリップ状態となり、モータ１５によるエンジン１０のクランキングが開始されエンジン回転数は上昇する。この際のモータトルクは、予め定められたエンジン１０のクランキングに必要な分のトルクだけ、モータ制動トルクから増大される。これにより、モータトルクは負トルクから正トルクに転じる。尚、システム軸トルクの傾きは、クランキングに消費されるトルク分がモータ制動トルクに加算されただけであるため、一定である。

時刻ｔ２でＫ０クラッチ１４が係合すると、エンジン回転数及びモータ回転数は同じ値となり、モータモードからエンジンモードへの切り替えが完了する。即ち、モータ１５への電力供給が停止されモータトルクはゼロになる。エンジン１０は、燃料カットが実行され、エンジントルクが負の値となるエンジン制動トルクにより減速が継続される。また、燃料カットによるエンジン制動トルクは、エンジン回転数が低下するほど０に近づく。

時刻ｔ３で、エンジン回転数が燃料カットからの復帰制御を実行するための復帰回転数α以下となると、燃料噴射と着火が行われファイアリングが開始される。これにより、エンジントルクが負トルクから正トルクに転じて増大し、エンジン回転数及びモータ回転数は上昇する。

以上のように、時刻ｔ０～ｔ１までのモータ制動トルクの延長線上に、時刻ｔ２～ｔ３までのエンジン制動トルクが重なる。ここで、燃料カットによるエンジン制動トルクは、エンジン回転数によりほぼ一義的に決まり、上述したようにエンジン回転数が低下するほど０に近づく。これに対してモータ制動トルクは、インバータ１７によりモータ１５からバッテリ１６へ供給される電力を制御することによって任意の値に可変制御することができる。従って本実施例では、エンジン回転数に応じたエンジン制動トルクに一致するようにモータ制動トルクが可変制御されている。

このため、減速中でのモータモードからエンジンモードへの切り替えの際の、モータ制動トルクとエンジン制動トルクとの差に起因するトルクショックの発生が抑制されている。

［ＥＣＵが実行するモータの減速制御］
図３は、ＥＣＵ４０が実行するモータ１５の減速制御の一例を示したフローチャートである。本制御は、イグニッションがオンの状態で所定の周期ごとに繰り返し実行される。最初にＥＣＵ４０は、モータモードで減速要求があるか否かを判定する（ステップＳ１）。ステップＳ１でＮｏの場合には本制御を終了する。ステップＳ１の処理は判定部が実行する処理の一例である。

ステップＳ１でＹｅｓの場合、ＥＣＵ４０はモータ回転数センサ３３の検出値に基づいてモータ回転数を取得し（ステップＳ２）、エンジン制動トルクを算出する（ステップＳ３）。エンジン制動トルクの算出は、図４のマップを参照して行われる。図４は、燃料カットによるエンジン制動トルクとエンジン回転数との関係を規定したマップである。縦軸はエンジン制動トルクを示し、横軸はエンジン回転数を示す。図４に示すように、エンジン制動トルクは、エンジン回転数が低下するほど０に近づく。図４のマップは、予め実験により算出されＥＣＵ４０のメモリに記憶されている。尚、図４のマップは一例であり、エンジン制動トルクとエンジン回転数との関係が直線的に限定されず、例えば曲線的であってもよい。また、図４のマップの代わりにエンジン回転数を引数とした演算式により燃料カットによるエンジン制動トルクを算出してもよい。

次にＥＣＵ４０は、モータ制動トルクが算出されたエンジン制動トルクに対応するようにモータ１５の回生運転を実行する（ステップＳ４）。具体的には、モータ制動トルクの目標値をエンジン制動トルクに設定し、モータ制動トルクが目標値となるように、ＥＣＵ４０はインバータ１７を制御してモータ１５からバッテリ１６へ供給される電力を制御する。これにより、モータモードからエンジンモードに切り替えられた際のトルクショックを抑制することができる。ステップＳ２～Ｓ４は、モータ制御部が実行する処理の一例である。

次に、ＥＣＵ４０はＳＯＣセンサ３６の検出値に基づいてバッテリ１６のＳＯＣが１００％未満であるか否かを判定する（ステップＳ５）。ステップＳ５でＹｅｓの場合には本制御は終了する。ステップＳ５でＮｏの場合には、ＥＣＵ４０はモータモードからエンジンモードへと切り替える（ステップＳ６）。

上記実施例では、モータ制動トルクをエンジン制動トルクに対応するように制御したが、モータ制動トルクはエンジン制動トルクに完全一致している必要はない。例えばトルクショックが発生しない範囲でモータ制動トルクはエンジン制動トルクに対して数％程度ずれていてもよい。

上記実施例では、モータモードからエンジンモードに切り替えられる場合でのトルクショックを例に説明したが、これに限定されず、エンジンモードからモータモードに切り替えられる場合でのトルクショックも抑制することができる。

上記実施例では、単一のＥＣＵ４０によりハイブリッド車両を制御する場合を例示したが、これに限定されず、例えばエンジン１０を制御するエンジンＥＣＵ、モータ１５を制御するモータＥＣＵ、Ｋ０クラッチ１４を制御するクラッチＥＣＵ、バッテリ１６を制御するバッテリＥＣＵ等の複数のＥＣＵによって、上述した制御を実行してもよい。

以上、本発明の実施例について詳述したが、本発明はかかる特定の実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。

１０ エンジン
１４ Ｋ０クラッチ
１５ モータ
１６ バッテリ
１７ インバータ
４０ ＥＣＵ（判定部、モータ制御部）

Claims (1)

1. 駆動源としてエンジン及びモータを備え、前記エンジンから車輪までの動力伝達経路にＫ０クラッチ及び前記モータが順に設けられたハイブリッド車両に適用され、前記Ｋ０クラッチを解放して前記モータを駆動源として走行するモータモード又は前記Ｋ０クラッチを係合して前記エンジンを駆動源として走行するエンジンモードに走行モードを切り替えるハイブリッド車両の制御装置において、
   走行モードが前記モータモードの場合に減速要求があるか否かを判定する判定部と、
   前記判定部により肯定判定がなされた場合に、前記モータの回生運転を実行して前記モータのトルクをモータ回転数に基づいてモータ制動トルクに制御するモータ制御部と、を備え、
   走行モードが前記エンジンモードであった場合にエンジン回転数が低下するほど０に近づく燃料カット実行時でのエンジン制動トルクに基づいて、前記モータ制御部は、前記モータ制動トルクを、前記モータ回転数が前記エンジン回転数と同じ場合でのエンジン制動トルクに対応させ、
   前記モータモードから前記エンジンモードへの切替制御が開始されて前記Ｋ０クラッチはスリップ状態となると、前記モータ制御部は、前記モータのトルクを、予め定められた前記エンジンのクランキングに必要な分のトルクだけ前記モータ制動トルクから増大させ、
   前記Ｋ０クラッチが係合して前記モータモードから前記エンジンモードへ切り替えが完了すると、前記モータのトルクを０に制御し前記エンジンでの燃料カットを実行する、ハイブリッド車両の制御装置。
   

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