(57)【要約】【課題】車両スリップ発生時における電力バランスの維持と、トルク維持とを両立する。【解決手段】駆動輪８２を駆動する駆動軸８０と、駆動軸８０に供給する動力を発生する電動機５４と、電動機５４と駆動軸８０との間の動力伝達経路中に設けられたクラッチ４０とを備える。クラッチ制御部が、車両の走行状態を判定する走行状態判定部での判定結果に基づいて、クラッチ４０の駆動軸８０に対する係合状態を制御する。これにより、スリップ発生時等に、クラッチを滑らせることで、電力バランスの維持を図りつつ、電動機５４から駆動軸８０に必要なトルクを供給する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両制御装置であって、
駆動輪を駆動する駆動軸と、
前記駆動軸に供給する動力を発生する電動機と、
前記電動機と前記駆動軸との間の動力伝達経路中に設けられたクラッチと、
車両の走行状態を判定する走行状態判定部と、
前記走行状態判定部での判定結果に基づいて、前記クラッチの前記駆動軸に対する係合状態を制御するクラッチ制御手段と、
を備える車両制御装置。
【請求項２】
請求項１に記載の車両制御装置において、
前記走行状態判定部で車両が所定のスリップ状態と検知され、かつ、車両への加速要求があると、前記電動機は、車両への前記加速要求に応じた回転数で、前記動力を発生し、
前記クラッチ制御手段は、前記クラッチの係合を解除し、前記クラッチの電動機側の回転軸と駆動軸側の回転軸との回転差速が所定範囲内となるよう前記クラッチの係合状態を制御することを特徴とする車両制御装置。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載の車両制御装置において、
前記走行状態判定部でスリップ状態と判定され、前記クラッチ制御手段が、前記クラッチの係合を解除して所定の係合状態に制御した後、
車輪速度が、所定低速度以下の状態又は所定急減速状態であることが検知されると、前記電動機の回転数が、該電動機の要求消費電力量に応じた回転数となるように、前記クラッチ制御手段が、前記クラッチの電動機側の回転軸と駆動軸側の回転軸との回転差速を調整するために前記クラッチの係合状態を制御することを特徴とする車両制御装置。
【請求項４】
請求項１又は請求項２に記載の車両制御装置において、
さらに、内燃機関によって駆動されて電力を発生する発電機を有し、
前記走行状態判定部で車両の発進時におけるスリップ状態と検知されて、前記クラッチ制御手段が、前記クラッチの係合を解除して所定の係合状態に制御した後、
車輪速度が、所定低速度以下の状態又は所定急減速状態であることが検知されると、前記電動機での消費電力量が、前記発電機での発電電力量に対応するように、前記電動機の回転数が決められ、前記クラッチ制御手段は、前記クラッチの電動機側の回転軸と駆動軸側の回転軸との回転差速を調整するために前記クラッチの係合状態を制御することを特徴とする車両制御装置。
【請求項５】
請求項２〜請求項４のいずれか一項に記載の車両制御装置において、
前記スリップ状態が検知されて前記クラッチの係合が解除された後、駆動輪のグリップが回復し、前記電動機の要求消費電力量が、車輪速度に対応した所定適性範囲となると、前記クラッチ制御手段は、前記クラッチの係合度を所定解除状態から所定速度で上昇させることを特徴とする車両制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、電動機を備える車両の制御装置に関し、特に、スリップなどの発生時における制御に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、摩擦係数（μ）の低い路面（以下、低μ路）において車両タイヤの空転が発生した場合、駆動輪（車輪軸）のブレーキ油圧やエンジン、モーター出力を制御して車両の駆動軸に出力する動力（トルク）を低下させ、タイヤの空転による車両のスリップ等を低減させる制御、いわゆるトラクションコントロール（Traction Control）技術が知られている。
【０００３】
例えば、エンジンからの出力を受けて発電する発電機と、発電機からの電力を受け取って車両の駆動軸に動力を出力する電動機（モータ）を有するいわゆるハイブリッド車両などの場合において、タイヤの空転によるスリップが検出されると、モータから駆動軸に出力するトルクを制限することで、車両にスリップが生じて挙動が不安定になることを防ぐと共に、空転によりモータに過電流が流れることを防ぐことが、特許文献１などに示されている。
【０００４】
上記のようなハイブリッド車両では、車両の減速時、モータが回生ブレーキによる発電を行い、得られる電力をバッテリに充電する。したがって、スリップ発生時に駆動軸に出力されるトルクを急激に制限すると、モータで消費されなくなった電力が行き場を失い、過電圧が発生する可能性がある。そこで、特許文献３などでは、スリップ発生時に出力トルクを抑制する際、上記のように過電圧が発生しないようにモータの駆動装置への入力電圧を低減させる等の技術が提案されている。
【０００５】
【特許文献１】特開平１０−３０４５１４号公報
【特許文献２】特開２００７−２２１８９４号公報
【特許文献３】特開２００６−３１５４５１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記のようなトラクションコントロール技術によって、スリップ時にトルクを制限した場合、例えば低μ路における坂道での発進など、十分なトルクが必要な場合であっても、車両使用者が望むトルクが得られず、発進しにくいこともある。また、車両使用者にとって、トラクションコントロールによるトルクを低下させる制御が行われた場合に、その制御がスリップが発生しやすい路面状況であること、つまり路面とタイヤとの摩擦係数が低くなっていることに起因するとは認識されず、単に車両のトルクが低下したと認識されてしまう可能性もある。
【０００７】
一方で、低μ路におけるスリップの防止及びスリップからの迅速な復帰は、車両の安定走行、燃費の向上などの観点で重要である。
【０００８】
さらに、スリップ発生時に、モータから駆動軸への出力トルクを低下させてスリップの発生を抑制する場合、例えばスリップが起きた直後に、路面へのグリップが急速に回復した場合には、直前まで、モータから、空転する駆動軸に出力されていた動力が、突然その消費先を失う。よって、グリップが回復して回生状態となるモータからバッテリへの過充電が起こる可能性もある。
【０００９】
本発明は、スリップ時においても十分なトルクが得られ、かつ、スリップ時での車両内の電力バランスの維持を図る。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は車両制御装置であって、駆動輪を駆動する駆動軸と、前記駆動軸に供給する動力を発生する電動機と、前記電動機と前記駆動軸との間の動力伝達経路中に設けられたクラッチと、前記車両の走行状態を判定する走行状態判定部と、前記走行状態判定部での判定結果に基づいて、前記クラッチの前記駆動軸に対する係合状態を制御するクラッチ制御手段と、を備える。
【００１１】
本発明の他の態様では、上記車両制御装置において、前記走行状態判定部で車両が所定のスリップ状態と検知され、かつ、車両への加速要求があると、前記電動機は、車両への前記加速要求に応じた回転数で、前記動力を発生し、前記クラッチ制御手段は、前記クラッチの係合を解除し、前記クラッチの電動機側の回転軸と駆動軸側の回転軸との回転差速が所定範囲内となるよう前記クラッチの係合状態を制御する。
【００１２】
本発明の他の態様では、上記車両制御装置において、前記走行状態判定部で車両の発進時におけるスリップ状態と判定され、前記クラッチ制御手段が、前記クラッチの係合を解除して所定の係合状態に制御した後、車輪速度が、所定低速度以下の状態又は所定急減速状態であることが検知されると、前記電動機の回転数が、該電動機の要求消費電力量に応じた回転数となるように、前記クラッチ制御手段が、前記クラッチの電動機側の回転軸と駆動軸側の回転軸との回転差速を調整するために前記クラッチの係合状態を制御する。
【００１３】
本発明では、上記車両制御装置において、さらに、内燃機関によって駆動されて電力を発生する発電機を有し、前記走行状態判定部でスリップ状態と検知されて、前記クラッチ制御手段が、前記クラッチの係合を解除して所定の係合状態に制御した後、車輪速度が、所定低速度以下の状態又は所定急減速状態であることが検知されると、前記電動機での消費電力量が、前記発電機での発電電力量に対応するように、前記電動機の回転数が決められ、前記クラッチ制御手段は、前記クラッチの電動機側の回転軸と駆動軸側の回転軸との回転差速を調整するために前記クラッチの係合状態を制御する。
【００１４】
本発明の他の態様では、上記車両制御装置において、前記スリップ状態が検知されて前記クラッチの係合が解除された後、駆動輪のグリップが回復し、前記電動機の回転数が、車輪速度に対応した所定適性範囲となると、前記クラッチ制御手段は、前記クラッチの係合度を所定解除状態から所定速度で上昇させる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、電動機と駆動軸との間にクラッチを設け、車両走行状態に基づいて、クラッチの駆動軸に対する係合状態を制御することで、スリップなどが発生した場合に、車両の電力バランスの維持と、駆動軸への要求に応じたトルク出力との両立が可能となる。
【００１６】
例えば、路面が所定の低摩擦係数状態であり、車両にスリップが発生した場合に、車両への加速要求があった場合、クラッチの係合を一部解除することで、電動機から出力される動力をクラッチの滑り分を除いて駆動軸へ供給でき、一方で、車輪の空転を抑制しつつも、電動機は要求される電力消費量に応じた回転数で動作することができる。
【００１７】
また、クラッチの係合を解除して所定係合状態に制御した後に、車輪速度が、所定低速度以下の状態又は所定急減速状態であることが検知された場合、電動機の回転数が、該電動機の要求消費電力量に応じた回転数となるようにクラッチの係合状態を制御することで、電動機が回生電力を得ている状況下でも、クラッチの滑りにより余分な動力を消費でき、電力バランスの急変を回避することができる。
【００１８】
さらに本発明によれば、駆動輪のグリップが回復し、電動機の回転数が、車輪速度に対応した所定適性範囲となった場合、クラッチ制御手段が、クラッチの係合度を所定解除状態から所定速度で上昇させる。このようにクラッチの係合を解除状態から締結状態に復帰速度を制御することにより、係合状態の急激な変化を防ぎ、円滑な通常走行モードへの移行が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、本発明の好適な実施の形態（以下、実施形態）について図面を参照して説明する。
【００２０】
図１は、本発明の実施形態に係る制御装置を搭載した車両の一例として、ハイブリッド車両の概略ブロックを示す。例示するハイブリッド車両１００は、駆動軸８０によって駆動される駆動輪８２、駆動軸８０に動力を出力する電動機（モータ：ＭＧ２）５４を有し、電動機５４と駆動軸８０の間に、動力の駆動軸８０への出力を制御するクラッチ４０を有する。また、このハイブリット車両の例では、動力源として内燃機関（エンジン）２０、このエンジン２０からの出力によって発電する発電機（モータジェネレータ：ＭＧ１）５６、動力分割機構７０、インバータ５２、ハイブリット（ＨＶ）用バッテリ６０、変速機５８を備える。
【００２１】
動力分割機構７０は、エンジン２０と電動機５４、発電機５６、駆動軸８０とに結合されてこれらの間で動力を分配する。この動力分割機構７０としては、サンギヤ、プラネタリキャリヤおよびリングギヤの３つの回転軸を有する遊星歯車機構を用いることができる。一例として、サンギアに発電機５６を接続し、プラネタリギアにエンジン２０を接続し、リングギアに、変速機５８を介して駆動軸８０を接続している。さらに、本実施形態では、この駆動軸８０には変速機５８が接続され、電動機５４が、クラッチ４０と変速機６０を介して接続されている。
【００２２】
エンジン４から供給される動力により発電機５６で得た発電電力（交流電力）は、インバータ５２にて交流電力から直流電力に変換され、バッテリ６０を充電する。電動機５４は、インバータ５２を介してバッテリ６０から電力供給を受けて動作し、発生した動力はクラッチ４０を介し、変速機５８を経て駆動軸８０に供給される。
【００２３】
上記のような概略構成のハイブリット車両１００は、図２に一部概略図として示すような車両制御システム（車両制御装置）によって制御される。以下、この車両制御装置について説明する。
【００２４】
車両制御装置は、ハイブリット制御コンピュータ（ハイブリット電子制御部：以下、ＨＶＥＣＵ［Electronic Control Unit］という）１０を備え、このＨＶＥＣＵ１０は、エンジン２０の動作、電池監視ユニット６２を通じたバッテリ６０の充放電、モータ制御部（モータＥＣＵ）５０を通じた発電機５６及び電動機５４等の動作の制御のほか、後述するように車両の走行状態判定、クラッチ４０の係合状態（締結／解除状態）の制御等を行う。
【００２５】
車両には、制御のための様々なセンサが設けられており、各センサからの検知信号がＨＶＥＣＵ１０に供給され、検知信号に基づいてＨＶＥＣＵ１０内に設けられている制御ユニットにて対応する構成を動作／制御するための信号が作成される。
【００２６】
センサの一例としては、図２に示すように、車両の加速度を検知する車両加速度センサ３０、車輪の回転速度を検知する車輪速センサ３２、車両操作者による加速要求をアクセル開度から検知するためのアクセルポジションセンサ３４、発電機５６及び電動機５４等のモータにおける回転数を検知するモータ回転数センサ３６、クラッチ４０の電動機側回転軸及び駆動軸側の回転軸の回転速度と、この２つの回転軸の回転差速を検知するクラッチ回転センサ３８等が挙げられる。
【００２７】
ＨＶＥＣＵ１０は、図２に示す例では、走行状態判定部１２及びクラッチ制御部１４を備える。走行状態判定部１２は、車両が走行する又は車両が位置する路面の摩擦係数（μ）状態と、スリップの発生状態を判定する。路面の摩擦係数の検知方法は様々あるが、一例として、車輪速センサ３２から得られる回転速度と、トルク指令値等に基づいて車両の駆動力を算出し、駆動力と滑り率との関係を示す予め設定されたマップを用い、路面が高μ状態であるか低μ状態であるか判定する。スリップ発生は、例えば、車輪速センサ３２からの回転速度と、車両加速度センサ３０からの加速度により、一定回転速度以上であるが加速度が所定の低い範囲（ほぼ０等）の場合に、スリップ発生と判定することができる。
【００２８】
走行状態判定部１２にて、上記のような低摩擦係数の路面（低μ路）で、車輪の空転等による所定のスリップの発生が判定されて判定信号がクラッチ制御部１４に供給されると、クラッチ制御部１４は、クラッチ４０の油圧を制御し、クラッチ締結状態から解除状態へと制御する。走行状態判定部１２にて、スリップからの復帰が判定される、その後、再びクラッチを締結状態とする。
【００２９】
図３は、以上のような低μ路におけるスリップ判定時の場合におけるクラッチ制御の動作を示すタイミング図である。車両の発進時又は通常走行時においては、クラッチ４０は締結状態にあるため、電動機５４（ＭＧ２）からの動力は、滑ることなく駆動軸８０に伝達される。この状態から低μ路にてスリップが発生したとする。図３（ａ）に示すように、車輪８２が滑って空転するため、駆動軸８０の回転数が上昇する。ＨＶＥＣＵ１０は、車輪速センサ３２等の検知結果などに基づいて車輪速が上昇すると、その車輪速を維持するため、図３（ｃ）のように、発電機ＭＧ１の回転数が対応して上昇し、図３（ｇ）のように発電電力が上昇する。また、電動機５４（ＭＧ２）は、駆動軸８０へ回転に必要な動力を供給するため、駆動軸８０での要求回転数の上昇に伴って、その回転数（図３（ｂ））が上昇し、回転数×出力トルクに対応する消費電力（図３（ｆ））が上昇する。
【００３０】
このようなスリップ発生時、車両を発進又は加速させようとアクセルによる加速要求がなされた場合、何の制御も行わないと、車輪８２、駆動軸８０の回転速度はさらに上昇してしまい、燃料・電力を無駄に消費するともに、電力バランスがとれず、バッテリなどでの過電圧の発生等の不具合を生ずることとなる。
【００３１】
従来のように、スリップ発生時、トラクションコントロールを実行した場合には、例えば、スリップが発生時には、発電機ＭＧ１の発電量を低減し、これに応じて電動機ＭＧ２から駆動軸への出力トルクを削減し、車輪の空転の抑制と電動機ＭＧ２での消費電力の削減が行われる。
【００３２】
一方、本実施形態では、走行状態判定部１２においてスリップ発生が判定された場合、クラッチ制御部１４が、図３（ｈ）に示すようにクラッチ４０の係合を解除して、電動機ＭＧ２側と駆動軸８０側とを滑らせる。よって、電動機ＭＧ２が消費すべき電力（要求消費電力）に応じて電動機ＭＧ２を回転させることができる。つまり、スリップ発生時には、電動機ＭＧ２から出力するトルクは減少しない（図３（ｄ）参照）。スリップ発生時にアクセルペダルによる加速要求があった場合、駆動軸８０の要求回転数が上昇するのでこれに応じて発電機ＭＧ１での発電電力が増加し、その結果、電動機ＭＧ２で消費すべき電力量も上昇する。本実施形態では、電動機ＭＧ２を回転させ、クラッチ４０を滑らせれることで、駆動軸８０の回転数の上昇を抑えながら電動機ＭＧ２で要求される電力を消費する。また、駆動軸８０には、クラッチ４０が滑った分を除いて電動機ＭＧ２で発生したトルクを伝達することができる。
【００３３】
クラッチ４０の係合解除速度は、車両に衝撃を与えないような所定の解除速度とする。この解除速度は、固定でも良いし、電動機ＭＧ２の回転数の上昇速度に対応する解除速度としても良い。
【００３４】
クラッチ制御部１４は、クラッチ回転センサ３８で検知されるクラッチ４０の電動機側回転軸及び駆動軸側回転軸との回転数情報に基づき、スリップ発生期間中、クラッチ４０の係合状態を、両回転軸の回転差速が所定の範囲内となるように制御する。駆動軸８０の回転数に対し、電動機側回転軸の回転数が１００％未満で、例えば９６％程度となるように制御する（駆動軸８０の回転数５００ｒｐｍである場合、電動機側回転軸の回転数４８０ｒｐｍ等）。図３（ｆ）の例では、この状況下でのクラッチの係合度は、通常走行時よりも係合度が低く、かつ、完全に切り離された状態より高く、比較的係合度の高い半クラッチ状態である。なお、上記回転差速は、９６％に限定されるわけでなく、車両、車速、路面μ、発電機ＭＧ１の発電量、電動機ＭＧ２の消費電力量などに応じた値とする。
【００３５】
以上のような制御により、スリップが生じた場合でも、駆動軸８０の回転数の上昇を抑えつつ、操作者が要求するトルク（アクセル開度などに対応した要求トルク）を、クラッチ４０の滑り分を除き駆動軸８０に伝達することができる。
【００３６】
次に、路面に対する車輪８２のグリップが回復した場合について説明する。スリップ発生期間中は、上記の通り、クラッチ４０の係合が解除され、電動機ＭＧ２の回転の一部が駆動軸８０に伝達されている。このような状況から車輪８２のグリップが回復すると、図３（ａ）に示すように、駆動軸８０の回転数は、急激に低下又はほぼ０となる。よって、電動機ＭＧ２では、駆動軸８０の回転が急減速することにより電力消費先を失う一方で、駆動軸８０が制動状態となることで回生電力が発生する状況となる。このため、駆動軸８０の回転速度が低くなっても、電動機ＭＧ２における要求消費電力は大きくなる。
【００３７】
本実施形態では、このようなグリップ回復時において、以下のように制御する。まず、スリップ判定後、車両加速度センサ３０等における検知結果から、車輪速センサ３２や、急激な速度低下又は車輪速が概ね０と判定される所定速度以下となった場合、走行状態判定部１２がスリップ状態からグリップ状態への復帰と判定する。
【００３８】
ここで、グリップ状態への復帰と判定された場合、駆動軸８０の急減速に応じて発電機ＭＧ１の発電電力の低下が開始するがその開始タイミングと減少速度は、駆動軸８０の回転減少速度より少し遅い。よって、電動機ＭＧ２の消費すべき電力の減少速度も駆動軸８０の回転減少速度より遅くなる。したがって、電動機ＭＧ２では、発電機ＧＭ１での発電量に応じた電力であって、駆動軸８０への動力出力が不要となって余る電力を消費することが必要となる。そこで、クラッチ制御部１４は、スリップからの復帰判定があると、電動機ＭＧ２での要求消費電力に応じて電動機ＭＧ２が回転するようにクラッチ４０の電動機側回転軸と駆動軸側回転軸との回転差速を調整する。一般的に、この場合、クラッチ４０の係合度は、スリップ時よりもさらに低くする。なお、クラッチ４０の係合度を急激に低下させると、グリップ回復によって得られた車両の加速力が急速に失われ、また、車両に不要な振動を与える可能性があるため、所定速度で係合度を低下させる。一例として、電動機ＭＧ２の消費電力（発電機ＭＧ１での発電電力）の低下に合わせて低下させる。
【００３９】
次に、グリップが回復し、電動機ＭＧ２での要求消費電力量が、駆動輪の回転数に対応した所定適性範囲となった場合、通常走行状態に移行と判定することができる。なお、通常走行状態への移行かどうかは、例えば、加速要求に対する駆動軸８０の（現実の）回転数、発電機ＭＧ１での発電量またはこれに対応する電動機ＭＧ２での要求消費電力等をさらに判断することもできる。走行状態判定部１２にて、このように通常走行状態への復帰が判定された場合、クラッチ制御部１４が、クラッチ４０の係合度を上昇させる。ここで、係合度の上昇速度が大きいほど、車両の通常走行への復帰（発進を含む）が早くなるが、上昇速度が大きすぎると、再加速時の振動発生や、急加速となって走行に不安定性が発生する場合もあり、上昇速度は車両特性などに応じ、所定の傾きをもった速度で増加させることが好適である。
【００４０】
係合度の上昇速度は、例えば前輪駆動を基準とすると、車両が後輪駆動である場合には、図３（ｈ）の点線ａで示すように、同様の条件下での前輪駆動（同図点線ｂ参照）の場合よりも、低く設定してもよい。このようにすることで、後輪駆動車両において、スリップから復帰し、クラッチの締結に移行する際の車両の安定性をより向上させることができる。また、４輪駆動の場合には、前輪駆動よりもクラッチの係合度上昇速度を大きくしても良い（同図点線ｃ参照）。このように、車両の駆動種別などによって適切な係合度の上昇速度を設定することで、迅速かつ円滑な通常走行状態への移行を実現できる。
【００４１】
以上、主として通常走行時におけるスリップ発生及び復帰を例に説明してきたが、本実施形態のようなクラッチ制御により、車両発進時のスリップ、例えば低μ路での発進（とりわけ坂道発進など）において、電力バランスの乱れを防止しながらも、スリップ時にも加速要求に応じたトルクを得ることができる。このため、迅速な発進が可能となる。なお、図３（ａ）において、車速０の発進時にスリップ発生した場合、駆動輪回転数の初期値はほぼ０であるが、スリップから回復した後の回転数は０より大きいと考えればよい。
【００４２】
図４は、前輪駆動のハイブリッド車両の一部概略図であり、駆動輪８２である前輪に連結された駆動軸８０に対し、電動機５４がクラッチ４０と変速機５８とを介して接続されている。図５は、後輪駆動のハイブリット車両の一部概略図であり、駆動輪８２である後輪に連結された駆動軸８０に対しては、電動機５４からの動力はクラッチ４０、変速機５８を介して、上記駆動軸８０に連結されたプロペラシャフト軸８４に供給され、駆動輪８２が駆動される。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】本発明の実施形態に係る車両の概略構成図である。
【図２】本発明の実施形態に係る車両の制御装置の構成を示すブロック図である。
【図３】本発明の実施形態に係るクラッチ制御の方法を示すタイミングチャートである。
【図４】本発明の実施形態に係る前輪駆動の車両における一部概略構成図である。
【図５】本発明の実施形態に係る後輪駆動の車両における一部概略構成図である。
【符号の説明】
【００４４】
１０  ＨＶ制御部（ＥＣＵ）、１２  走行状態判定部、１４  クラッチ制御部、２０  エンジン、４０  クラッチ、５０  モータ制御部、５４  電動機（ＭＧ２）、５６  発電機（ＭＧ１）、５８  変速機、６０  ＨＶ用バッテリ、８０  駆動軸、８２  駆動輪、８４  ドライブシャフト軸。
【図１】
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【図２】
2010036683.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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