JP7694358B2 - 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。

エンジンから車輪までの動力伝達経路上に順に設けられた、クラッチ、モータ、トランスミッションを備えたハイブリッド車両の制御装置が知られている。このような制御装置は、モータが駆動中でありクラッチが解放状態でエンジンの始動要求がある場合に、クラッチを係合状態へ移行させることによりモータによりエンジンをクランキングしてエンジンを始動する（例えば特許文献１参照）。

特開２０２０－１１１２７６号公報

このようなエンジン始動の際には、エンジンのスロットル開度を始動用開度に制御し、エンジン始動後では、スロットル開度をエンジンの回転数が目標アイドル回転数を維持するアイドル維持開度に制御することが考えられる。しかしながら、スロットル開度を始動用開度からアイドル維持開度に切り替えるタイミングによっては、エンジントルクが増大して、車両にショックが生じるおそれがある。

そこで本発明は、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、エンジンから車輪までの動力伝達経路上に順にクラッチ、モータ、及びトランスミッションが設けられたハイブリッド車両の制御装置において、前記モータが駆動中であり前記クラッチが解放状態で前記エンジンの始動要求がある場合に、前記エンジンのスロットル開度を始動用開度に制御しつつ、前記クラッチを係合状態へ移行させることにより前記モータにより前記エンジンをクランキングして前記エンジンを始動する始動制御部と、前記エンジンの始動後であって前記クラッチが係合状態となった後において、前記トランスミッションの負荷に対する前記モータの分担率を減少しつつ前記負荷に対する前記エンジンの分担率が増大するように、前記モータ及びエンジンのそれぞれのトルクを制御するトルク制御部と、前記エンジンの分担率が閾値以下の場合には、前記エンジンのスロットル開度を前記始動用開度に制御し、前記エンジンの分担率が前記閾値を超えた場合には、前記スロットル開度を前記エンジンの回転数が目標アイドル回転数を維持するアイドル維持開度に制御するスロットル制御部と、を備え、前記アイドル維持開度は、前記始動用開度よりも大きく、前記始動用開度は、前記エンジンの分担率が０％での前記エンジンの負荷を考慮して設定された開度であり、前記閾値は、前記エンジンのスロットル開度が前記始動用開度に維持されている状態において、前記エンジンのスロットル開度以外の前記エンジンのトルクに関するパラメータを調整することによって増大可能な前記エンジンのトルク量に対応した前記エンジンの分担率であって、０％よりも大きく５０％よりも小さい値に設定されており、前記トルク制御部は、前記エンジンの分担率が前記閾値以下の場合には、前記エンジンのスロットル開度が前記始動用開度に維持された状態で、前記パラメータを調整することにより、前記エンジンの分担率が増大するように前記エンジンのトルクを制御する、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、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、エンジンの概略構成図である。 図３は、モータモードからハイブリッドモードへの切替制御の一例を示したタイミングチャートである。 図４は、ＥＣＵが実行するモータモードからハイブリッドモードへの切替制御の一例を示したフローチャートである。

［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、トランスミッション１８が順に設けられている。エンジン１０及びモータ１５は、ハイブリッド車両１の走行用駆動源として搭載されている。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、直列型のガソリン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、及びトランスミッション１８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。トランスミッション１８は、トルクコンバータ１９、及び変速機２０を備えている。

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、解放状態から油圧の供給を受けてスリップ状態、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解放状態となって、エンジン１０とモータ１５との動力伝達を遮断する。係合状態とは、Ｋ０クラッチ１４の両係合要素が連結しエンジン１０とモータ１５が同じ回転数となっている状態である。スリップ状態とは、Ｋ０クラッチ１４の両係合要素が所定の回転数差を有してスリップしている状態である。解放状態とは、Ｋ０クラッチ１４の両係合要素が離れた状態である。

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し、更にエンジン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ＥＣＵ１００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し、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１９は、トルク増幅機能を有した流体継ぎ手である。変速機２０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が、これに限定されず無段式の自動変速機であってもよい。変速機２０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１９を介して、モータ１５と変速機２０とが連結されている。トルクコンバータ１９には、油圧の供給を受けて係合状態となってモータ１５と変速機２０とを直結するロックアップクラッチ１９ａが設けられている。尚、トルクコンバータ１９は必ずしも必須ではなく、設けられていなくてもよい。

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１９、変速機２０、及びロックアップクラッチ１９ａ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１９、変速機２０、及びロックアップクラッチ１９ａ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）１００が設けられている。ＥＣＵ１００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。ＥＣＵ１００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、始動制御部、トルク制御部、及びスロットル制御部を機能的に実現する。

ＥＣＵ１００は、エンジン１０及びモータ１５の駆動を制御する。具体的にはＥＣＵ１００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。ＥＣＵ１００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のトルクや回転数を制御する。またＥＣＵ１００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１９ａ、変速機２０の駆動制御を行う。

ＥＣＵ１００には、イグニッションスイッチ７１、クランク角センサ７２、モータ回転数センサ７３、アクセル開度センサ７４、及びエアフローメータ７５からの信号が入力される。クランク角センサ７２は、エンジン１０のクランクシャフトの回転速度、即ちエンジン回転数を検出する。モータ回転数センサ７３は、モータ１５の出力軸の回転速度、即ちモータ回転数を検出する。アクセル開度センサ７４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。エアフローメータ７５は、エンジン１０の吸入空気量を検出する。

ＥＣＵ１００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、ＥＣＵ１００はＫ０クラッチ１４を解放し、モータ１５の動力により走行する。ハイブリッドモードでは、ＥＣＵ１００はＫ０クラッチ１４を係合状態に切り替えて少なくともエンジン１０の動力により走行する。尚、ハイブリッドモードには、エンジン１０のみの動力で走行するモード、モータ１５を力行運転させてエンジン１０及びモータ１５の双方を動力源として走行するモードを含む。

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の充電量を示すＳＯＣ（State Of Charge）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を停止したモータ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、エンジン１０が駆動したハイブリッドモードが選択される。

［エンジンの概略構成］
図２は、エンジン１０の概略構成図である。エンジン１０は、気筒３０、ピストン３１、コネクティングロッド３２、クランクシャフト３３、吸気通路３５、吸気バルブ３６、排気通路３７、及び排気バルブ３８を有している。図２には、エンジン１０が有する複数の気筒３０のうちの一つのみが表示されている。気筒３０では混合気の燃焼が行われる。ピストン３１は、各気筒３０に往復動可能に収容され、エンジン１０の出力軸であるクランクシャフト３３にコネクティングロッド３２を介して連結されている。コネクティングロッド３２は、ピストン３１の往復運動をクランクシャフト３３の回転運動に変換する。

吸気通路３５は、各気筒３０の吸気ポート３５ｐに吸気バルブ３６を介して接続されている。排気通路３７は、各気筒３０の排気ポート３７ｐに排気バルブ３８を介して接続されている。吸気通路３５には、上述したエアフローメータ７５、及び吸入空気量を調整するスロットル弁４０が設けられている。排気通路３７には排気浄化用の触媒４３が設けられている。

気筒３０には筒内噴射弁４１が設けられている。筒内噴射弁４１は気筒３０内に直接燃料を噴射する。尚、筒内噴射弁４１の代わりに、又は筒内噴射弁４１に加えて、吸気ポート３５ｐに向けて燃料を噴射するポート噴射弁が設けられていてもよい。各気筒３０には、吸気通路３５を通じて導入された吸気と筒内噴射弁４１が噴射した燃料との混合気を火花放電により点火する点火装置４２が設けられている。

［モータモードからハイブリッドモードへの切替制御］
走行モードがモータモードからハイブリッドモードへの切り替えが要求される場合がある。この場合、エンジン１０にはモータ１５が駆動した状態で始動が要求される。ＥＣＵ１００は、Ｋ０クラッチ１４を解放状態から係合状態へ移行させることにより、モータ１５によりエンジン１０をクランキングしてエンジン１０を始動する。これにより、モータ１５により走行しながらエンジン１０を始動して、走行モードをモータモードからハイブリッドモードへ切り替えることができる。

［エンジン始動後のＴ／Ｍ負荷の分担率］
このようにしてエンジン１０が始動された後に、Ｔ／Ｍ負荷の分担率の受け渡しが行われる。Ｔ／Ｍ負荷とは、エンジン１０やモータ１５の回転の抵抗となるトランスミッション１８の負荷である。走行モードがモータモードの場合、Ｋ０クラッチ１４が解放されておりエンジン１０も停止中である。従ってモータ１５によるＴ／Ｍ負荷の分担率（以下、モータ分担率と称する）は１００％であり、エンジン１０によるＴ／Ｍ負荷の分担率（以下、エンジン分担率と称する）は０％である。エンジン始動後のハイブリッドモードでは、モータ分担率をエンジン分担率に受け渡す分担率受渡制御が行われる。

分担率受渡制御では、エンジン分担率及びモータ分担率の合計を常時１００％に維持しつつ、モータ分担率を０％まで徐々に低下し、エンジン分担率を１００％まで徐々に増大するように、両分担率を算出する。ＥＣＵ１００は、エンジン分担率及びモータ分担率に従ってエンジン１０及びモータ１５のそれぞれのトルクを制御する。ＥＣＵ１００は、エンジン１０の点火時期やスロットル開度を制御することによりエンジントルクを制御する。またＥＣＵ１００は、インバータ１７を制御してバッテリ１６からのモータ１５への通電量を制御することによりモータトルクを制御する。ハイブリッドモードでは最終的に、モータ１５よりも出力トルクの高いエンジン１０がＴ／Ｍ負荷の全てを負担することにより、燃費が向上する。

［モータモードからハイブリッドモードへの切替制御］
次に、モータモードからハイブリッドモードへの切替制御について説明する。図３は、モータモードからハイブリッドモードへの切替制御の一例を示したタイミングチャートである。図３には、エンジン始動要求の有無、Ｋ０クラッチ１４の状態、Ｔ／Ｍ負荷分担率（モータ分担率、エンジン分担率）［％］、モータトルク［Ｎ・ｍ］、エンジントルク［Ｎ・ｍ］、スロットル開度［ｄｅｇ］、モータ回転数［ｒｐｍ］、及びエンジン回転数［ｒｐｍ］を示している。尚、モータ分担率及びモータ回転数は点線で示しており、その他は実線で示している。

時刻ｔ１でエンジン回転数が０でありＫ０クラッチ１４は解放状態でエンジン１０の始動要求があると、スロットル開度が始動用開度αに制御されつつ、Ｋ０クラッチ１４がスリップ状態に制御されてモータ１５によるクランキングが開始される。始動用開度αは、エンジン始動時に設定されるスロットル開度であり、固定値である。ここで、Ｋ０クラッチ１４が解放状態であるため、エンジン分担率は０％である。始動用開度αは、このようなエンジン分担率が０％でのエンジン１０の負荷を考慮して設定された開度であり、必要以上にエンジン回転数が上昇しないように吸入空気量を制限している開度である。始動用開度αは、Ｋ０クラッチ１４が解放状態でのエンジン１０の始動性を確保することができるように実験や解析によって定められている。

クランキング開始後、モータトルクはクランキングに消費される分だけ増大し、エンジントルク及びエンジン回転数も上昇する。時刻ｔ２でエンジン１０での燃焼が開始され自立運転が開始され、エンジントルクは一定となり、モータトルクのクランキングに消費されていた分が減少する。エンジン回転数が更に上昇した時刻ｔ３で、エンジン回転数がモータ回転数に一致してＫ０クラッチ１４は係合する。

その後の時刻ｔ４で分担率受渡制御が開始されると、モータ１５への通電量が低下してモータトルクが徐々に低下し、エンジン１０の点火時期を進角側に補正されてエンジントルクが徐々に増大する。これにより、モータ分担率が徐々に低下して、エンジン分担率が徐々に増大する。

時刻ｔ５でエンジン分担率が閾値βを超えると、スロットル開度が始動用開度αから、エンジン回転数が目標アイドル回転数を維持するためのアイドル維持開度に切り替えられる。アイドル維持開度は、エンジン回転数を目標アイドル回転数に維持するように、両回転数の偏差に応じてフィードバック制御されるスロットル開度である。具体的には、エンジン回転数が目標アイドル回転数よりも低下した場合には、その回転数の低下分である偏差に応じてスロットル開度が増大側に制御される。エンジン回転数が目標アイドル回転数よりも上昇した場合には、その回転数の上昇分である偏差に応じてスロットル開度が減少側に制御される。

時刻ｔ５以降もモータトルクが低下し、これに伴ってエンジン回転数が一時的に目標アイドル回転数よりも低下するが、上述したフィードバック制御により直ちにスロットル開度が増大する。これにより、エンジン回転数が目標アイドル回転数を維持しつつ、モータトルクが低下し、スロットル開度が増大してエンジントルクが増大する。時刻ｔ６でモータ分担率が０％、エンジン分担率が１００％となると、分担率受渡制御は終了し、スロットル開度は略一定の値となる。

例えば、エンジン１０が始動してＫ０クラッチが係合した後のエンジン分担率が０％である時刻ｔ３から時刻ｔ４の間で、スロットル開度を始動用開度αからアイドル維持開度に切り替えることが考えられる。エンジン分担率が０％でスロットル開度が始動用開度αからアイドル維持開度に切り替えられると、エンジントルクが増大する場合がある。このようなエンジントルクの増大により生じた振動がエンジン１０から車輪１３にまで伝達して、ハイブリッド車両１にショックが発生するおそれがある。

本実施例では、上述したようにエンジン分担率が閾値βを超えると、スロットル開度が始動用開度αからアイドル維持開度に切り替えられる。このため、スロットル開度の切り替えによるエンジントルクの増大分がＴ／Ｍ負荷のエンジン分担率分に利用されるため、ハイブリッド車両１にショックが発生することを抑制できる。

尚、上述したようにエンジン分担率が閾値β以下では、スロットル開度は始動用開度αに維持されて、点火時期が進角側に補正されることにより、エンジントルクの増大が図られている。従って閾値βは、スロットル開度が始動用開度αに維持されている状態において、スロットル開度以外のエンジントルクに関するパラメータを調整することによって増大可能なエンジントルク量に対応した分担率であればよい。スロットル開度以外のエンジントルクに関するパラメータの調整とは、上述した点火時期の進角側への補正や、燃料噴射量の増量補正である。例えば閾値βは０％よりも大きく５０％よりも小さい値に設定されているのが好ましい。尚、エンジン分担率が閾値βよりも高くなると、スロットル開度をアイドル維持開度に制御するとともに、点火時期や燃料噴射量もアイドル運転に適するように制御するのが好ましい。

図４は、ＥＣＵ１００が実行するモータモードからハイブリッドモードへの切替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。ＥＣＵ１００は、走行モードがモータモードの場合、換言すれば、モータ１５が駆動中でありＫ０クラッチ１４が解放状態の場合に、エンジン始動要求があるか否か、即ちハイブリッドモードへの切替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でＹｅｓの場合には、ＥＣＵ１００はエンジン始動制御を実行する（ステップＳ２）。具体的には、スロットル開度を始動用開度αに制御しつつ、Ｋ０クラッチ１４を解放状態から係合状態に移行してモータ１５によりエンジン１０をクランキングして始動する。ステップＳ２は、始動制御部が実行する制御の一例である。

次にＥＣＵ１００は、上述した分担率受渡制御を開始する（ステップＳ３）。従って、ＥＣＵ１００はエンジン分担率及びモータ分担率を算出し、この分断率に従ってエンジントルク及びモータトルクを制御する。ステップＳ３は、トルク制御部が実行する処理の一例である。

次にＥＣＵ１００は、エンジン分担率が閾値β以下であるか否かを判定する（ステップＳ４）。ステップＳ４でＹｅｓの場合には、ＥＣＵ１００はスロットル開度を始動用開度αに維持し（ステップＳ５）、再度ステップＳ４の処理を実行する。ステップＳ４でＮｏの場合には、ＥＣＵ１００はスロットル開度をアイドル維持開度に制御する（ステップＳ６）。ステップＳ４～Ｓ６は、スロットル制御部が実行する制御の一例である。以上のようにエンジン分担率が閾値βを超えた場合にスロットル開度を始動用開度αからアイドル維持開度に切り替えることにより、ハイブリッド車両１にショックが発生することが抑制できる。

上記実施例では、始動用開度αは固定値であるが、これに限定されず、エンジン回転数以外のパラメータ、例えばエンジン１０の冷却水温度に応じて変化する変動値であってもよい。

上記実施例では、単一のＥＣＵ１００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
１８ トランスミッション
４０ スロットル弁
１００ ＥＣＵ（始動制御部、トルク制御部、スロットル制御部）

Claims (1)

1. エンジンから車輪までの動力伝達経路上に順にクラッチ、モータ、及びトランスミッションが設けられたハイブリッド車両の制御装置において、
   前記モータが駆動中であり前記クラッチが解放状態で前記エンジンの始動要求がある場合に、前記エンジンのスロットル開度を始動用開度に制御しつつ、前記クラッチを係合状態へ移行させることにより前記モータにより前記エンジンをクランキングして前記エンジンを始動する始動制御部と、
   前記エンジンの始動後であって前記クラッチが係合状態となった後において、前記トランスミッションの負荷に対する前記モータの分担率を減少しつつ前記負荷に対する前記エンジンの分担率が増大するように、前記モータ及びエンジンのそれぞれのトルクを制御するトルク制御部と、
   前記エンジンの分担率が閾値以下の場合には、前記エンジンのスロットル開度を前記始動用開度に制御し、前記エンジンの分担率が前記閾値を超えた場合には、前記スロットル開度を前記エンジンの回転数が目標アイドル回転数を維持するアイドル維持開度に制御するスロットル制御部と、を備え、
   前記アイドル維持開度は、前記始動用開度よりも大きく、
   前記始動用開度は、前記エンジンの分担率が０％での前記エンジンの負荷を考慮して設定された開度であり、
   前記閾値は、前記エンジンのスロットル開度が前記始動用開度に維持されている状態において、前記エンジンのスロットル開度以外の前記エンジンのトルクに関するパラメータを調整することによって増大可能な前記エンジンのトルク量に対応した前記エンジンの分担率であって、０％よりも大きく５０％よりも小さい値に設定されており、
   前記トルク制御部は、前記エンジンの分担率が前記閾値以下の場合には、前記エンジンのスロットル開度が前記始動用開度に維持された状態で、前記パラメータを調整することにより、前記エンジンの分担率が増大するように前記エンジンのトルクを制御する、ハイブリッド車両の制御装置。
   

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