(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
モータと、該モータのトルクを補機に伝達する第１伝動手段と、該モータのトルクを内燃機関に伝達する第２伝動手段とを備え、車両停止時に該内燃機関を停止させるとともに、該モータにより該内燃機関を始動させるようにしたハイブリッド自動車の制御装置において、
前記モータと前記第２伝動手段の間に介装され、該モータが発生したトルクの該第２伝動手段に対する伝達トルクを自在に変更可能なクラッチ手段と、
内燃機関停止時には前記伝達トルクが零となるように、内燃機関始動時には該伝達トルクが前記モータが発生したトルクよりも小さくなるように前記クラッチ手段を制御する制御手段とを備えたことを特徴とするハイブリッド自動車の制御装置。
【請求項２】
前記制御手段は、内燃機関停止時に発生するトルクよりも内燃機関始動時に発生するトルクが大きくなるように前記モータを制御することを特徴とする請求項１記載のハイブリッド自動車の制御装置。
【請求項３】
前記クラッチ手段は、非通電時に伝達トルクが最大となり、供給される電流量が増大するにつれて伝達トルクが減少するようにした電磁クラッチであることを特徴とする請求項１記載のハイブリッド自動車の制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、車両の原動機としてモータ及び内燃機関（エンジン）を備えたハイブリッド自動車の制御装置に関し、特に、停車中に内燃機関の運転を停止するようにしたハイブリッド自動車の制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ハイブリッド自動車は、原動機として内燃機関及びモータを備え、それぞれの出力軸はクラッチを介して駆動輪の車軸に連結されており、各クラッチの接続又は切断を制御して、内燃機関及びモータのいずれか一方又は双方の駆動力によって、走行するようにしている。
【０００３】
車両が信号待ち等で一時停車しており、その後に発進する場合の従来の制御としては、停車中に内燃機関をアイドリング運転していると、低燃費や低騒音の要請に反するので、一時停車中は内燃機関を停止して、アクセルが作動されたときに、内燃機関を始動して、該内燃機関の駆動力によって加速するようにしたものがある。
【０００４】
しかし、アクセル作動時に内燃機関を始動したのでは、内燃機関の立ち上がりにある程度の時間を要するので加速性能が悪い。そこで、一時停車中は内燃機関を停止して、アクセルが作動されたときに、モータによって車両を駆動し、車速が所定速度以上になったときに、始動モータによって内燃機関を始動し、以後は内燃機関によって車両を駆動するようにしたものが知られている（特開平８−２３２８１７号公報）。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、このようなハイブリッド自動車においては、パワーステアリング用のポンプ（Ｐ／Ｓポンプ）やエアコン（空調装置）用のコンプレッサ（Ａ／Ｃコンプレッサ）等の補機を駆動する必要があり、通常は内燃機関の動力の一部をこれらに分配するようにしている。
【０００６】
しかし、一時停車している間は内燃機関を停止しているので、車両の発進前のステアリングの据え切り時に操作力が重くなったり、エアコンによる空調が行えないという問題がある。
【０００７】
このような問題を回避するため、Ｐ／Ｓポンプを電動ポンプとし、Ａ／Ｃコンプレッサを電動コンプレッサとすることが考えられるが、コスト高になるとともに、電力消費量が増加するので、このような対策は効率的でない。また、補機の駆動を内燃機関始動用のモータで行うことが考えられるが、内燃機関始動時には内燃機関の始動に伴う負荷により補機を十分に機能させることができない。
【０００８】
本発明は、このような従来技術の問題点に鑑みてなされたものであり、低コスト化を図りつつ、内燃機関停止中に補機を十分に機能させるとともに、内燃機関始動時に補機の機能低下を防止することができるハイブリッド自動車の制御装置を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項１記載の本発明のハイブリッド自動車の制御装置は、モータと、該モータのトルクを補機に伝達する第１伝動手段と、該モータのトルクを内燃機関に伝達する第２伝動手段とを備え、車両停止時に該内燃機関を停止させるとともに、該モータにより該内燃機関を始動させるようにしたハイブリッド自動車の制御装置において、前記モータと前記第２伝動手段の間に介装され、該モータが発生したトルクの該第２伝動手段に対する伝達トルクを自在に変更可能なクラッチ手段と、内燃機関停止時には前記伝達トルクが零となるように、内燃機関始動時には該伝達トルクが前記モータが発生したトルクよりも小さくなるように前記クラッチ手段を制御する制御手段とを備えたことを特徴とする。
【００１０】
この請求項１記載の本発明のハイブリッド自動車の制御装置では、内燃機関停止時には伝達トルクが零となるようにクラッチ手段を制御して、モータのトルクを全て補機に伝達するようにしているから、停車中に内燃機関を停止しても補機を十分に機能させることができる。一方、内燃機関始動時には伝達トルクがモータのトルクよりも小さくなるようにクラッチ手段を制御してモータのトルクを補機へも伝達するようにしたから、内燃機関始動時における補機の機能低下を少なくすることができる。その結果、補機性能を低下させることなく補機と内燃機関の駆動を単一のモータで行え、車両の低コスト化、軽量化を図ることができる。
【００１１】
上記目的を達成するために、請求項２記載の本発明のハイブリッド自動車の制御装置は、請求項１記載のハイブリッド自動車の制御装置において、前記制御手段は、内燃機関停止時に発生するトルクよりも内燃機関始動時に発生するトルクが大きくなるように前記モータを制御することを特徴とする。
【００１２】
請求項２記載の本発明のハイブリッド自動車の制御装置では、内燃機関停止時のモータのトルクよりも内燃機関始動時のモータのトルクを大きくしたから、内燃機関の始動に伴う負荷による補機の機能低下を少なくすることができ、例えば、内燃機関停止時には補機の駆動に必要な比較的に低めのトルクとし、内燃機関始動時には補機の駆動に必要なトルクと内燃機関の始動に必要なトルクを加算した比較的に大きめのトルクとすることにより、内燃機関始動時の内燃機関の負荷による補機の機能低下を防止することができる。
【００１３】
上記目的を達成するために、請求項３記載の本発明のハイブリッド自動車の制御装置は、請求項１記載のハイブリッド自動車の制御装置において、前記クラッチ手段は、非通電時に伝達トルクが最大となり、供給される電流量が増大するにつれて伝達トルクが減少するようにした電磁クラッチであることを特徴とする。
【００１４】
請求項３記載の本発明のハイブリッド自動車の制御装置では、クラッチ手段の伝達トルクが非通電時に最大となるようにしたから、何らかの電気的な障害等により、万一、電磁クラッチが作動しないような場合においても、内燃機関の始動が可能であり、車両の信頼性を向上することができる。
【００１５】
【発明の効果】
請求項１記載の本発明のハイブリッド自動車の制御装置によると、補機の機能低下を防止しつつ補機と内燃機関の駆動を単一のモータで行うことができ、車両の低コスト化、軽量化を図ることができるという効果がある。
【００１６】
請求項２記載の本発明のハイブリッド自動車の制御装置によると、請求項１についての前記効果に加えて、内燃機関の始動に伴う負荷による補機の機能低下を防止することができるという効果がある。
【００１７】
請求項３記載の本発明のハイブリッド自動車の制御装置によると、請求項１についての前記効果に加えて、万一、電磁クラッチが作動しないような場合においても、内燃機関の始動が可能であるという効果がある。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
図１は、本発明の実施形態のハイブリッド自動車の要部構成を示す図である。図１において、１は車両駆動及びエネルギの回生に用いられる第１モータ（電気モータ）であり、この第１モータ１のモータ軸は差動装置２を介して駆動輪の車軸３に連結されている。
【００１９】
４は電子制御式のスロットル弁及び燃料噴射弁を有する内燃機関（エンジン）であり、内燃機関４のクランク軸はトルクコンバータ５、無段変速機（ＣＶＴ）６を介して第１モータ１のモータ軸に連結されている。内燃機関４のクランク軸と該無段変速機６の入力軸は第１クラッチ７を介して連結されており、これらの間を選択的に接続又は切断できるようになっている。
【００２０】
８は第２モータ（電気モータ）であり、この第２モータ８は、パワーステアリング用のポンプ（Ｐ／Ｓポンプ）やエアコン（空調装置）用のコンプレッサ（Ａ／Ｃコンプレッサ）等の補機９を駆動するためのモータであり、内燃機関４の始動をも行う。
【００２１】
第２モータ８のモータ軸は第１ベルト伝動手段（第１伝動手段）１０を介して補機９に連結されている。また、第２モータ８のモータ軸は第２クラッチ１１及び第２ベルト伝動手段（第２伝動手段）１２を介して内燃機関４のクランク軸に連結されている。第２モータ８及び第２クラッチ１１は図示しない制御装置からの制御信号により制御される。
【００２２】
第２クラッチ１１は電磁クラッチであり、この第２クラッチ１１は、図２に示されているように構成されている。同図において、１３は円環状に形成された電磁コイルであり、この電磁コイル１３はモータ４のモータ軸８ａを取り囲むように配置され、コイル固定部材１４を介して第２モータ８のケースに取り付けられている。
【００２３】
第２モータ８のモータ軸８ａには、基端部側から停止部１５、可動部１６、第１ベルト伝動手段１０の一部を構成する補機駆動用プーリ１７、第２ベルト伝動手段１２の一部を構成する内燃機関始動用プーリ１８がこの順に挿入配置されている。
【００２４】
停止部１５はモータ軸８ａにスプライン結合されることにより、モータ軸８ａと一体的に回転する。可動部１６はその内筒部分でモータ軸８ａにスプライン結合されることにより該モータ軸８ａと一体的に回転するとともに、該モータ軸８ａの軸方向にスライドできるように該モータ軸８ａに支持されている。
【００２５】
停止部１５と可動部１６との間には可動部１６を停止部１５から離間させる方向に付勢するバネ１９が介装されている。可動部１６の一部は電磁コイル１３に隣接しており、電磁コイル１３に通電することにより、その引付力によって可動部１６がバネ１９の付勢力に抗してスライドするようになっている。電磁コイル１３による可動部１６の引付力は供給する電流量により自在に変更できるようになっている。
【００２６】
内燃機関始動用プーリ１８はモータ軸８ａの先端部近傍に軸受部２０を介して回転自在に支持されており、補機駆動用プーリ１７は内燃機関始動用プーリ１８に軸受部２１を介して回転自在に支持されている。補機駆動用プーリ１７は可動部１６にスプライン結合されており、モータ軸８ａの回転に伴いこれと一体的に回転する。
【００２７】
内燃機関始動用プーリ１８には概略円盤状のクラッチディスク部２２がその内筒部分でスプライン結合されており、クラッチディスク部２２の円盤部分は可動部１６と補機駆動用プーリ１７の間に位置されている。電磁コイル１３に通電されていない状態では、バネ１９の付勢力によって可動部１６がクラッチディスク部２２に圧接し、内燃機関始動用プーリ１８は、モータ軸８ａの回転に伴って回転する。
【００２８】
一方、電磁コイル１３に通電した状態では、電磁コイル１３に供給される電流量の増大に応じて、可動部１６によるクラッチディスク部２２に対する圧接力が弱まり、伝達トルクは減少し、最大電流を供給することにより、可動部１６によるクラッチディスク部２２に対する圧接が解除され、内燃機関始動用プーリ１８への伝達トルクは零となる。
【００２９】
しかして、車両停止時は内燃機関４を停止するが、運転状態を維持する必要のある一部の補機９に対して動力を供給するため、第２クラッチ１１を切断状態（伝達トルクを零）にして第２モータ８により補機９を駆動する。即ち、電磁コイル１３にバネ１９の付勢力（押付力）よりも大きい電磁力（引付力）が発生するようなコイル電流を供給し、可動部１６を停止部１５側にスライドさせ、可動部１６のクラッチディスク部２２に対する圧接を解除する。
【００３０】
これにより、可動部１６とクラッチディスク部２２間の動力伝達が遮断され、内燃機関始動用プーリ１８に対してモータ４の駆動力は伝達されない。このとき、第２モータ１１は通常のアイドリング回転相当の出力で運転されている。
【００３１】
この状態から、内燃機関４を始動するための内燃機関始動指令信号を受けた場合には、第２モータ８が最大トルクで運転されるように電流を供給し、これと同時に第２クラッチ１１を接続状態にする。即ち、第２クラッチ１１の電磁コイル１３の電磁力を低下させるようにコイル電流を低下させ、バネ１９の付勢力によって可動部１６を停止部１５に対して反対方向にスライドせしめ、可動部１６とクラッチディスク部２２との摩擦力により第２モータ８のトルクを内燃機関４のクランク軸に伝達する。
【００３２】
このときの第２クラッチ１１の伝達トルク容量Ｔｃは、可動部１６への押付力をＰとすると、
Ｔｃ＝（４／３）×ｎ×μ×Ｐ×（Ｒｏ３−Ｒｉ３）／（Ｒｏ２−Ｒｉ２）
となる。
【００３３】
ここで、ｎはクラッチディスク部のディスク枚数、μは摩擦係数、Ｒｏはクラッチディスク部の外径、Ｒｉはクラッチディスク部の内径である。
【００３４】
また、内燃機関４の始動時のトルク式は、第２モータ８の出力トルクをＴｍとすると、Ｔｍ＝Ｉｍ×ｄω／ｄｔ＋Ｔｃ  となる。ここで、Ｉｍは補機を含む第２モータ側のモータ軸上慣性、ωはモータ軸の角速度である。このとき、モータ軸８ａの角速度（回転速度）を低下させないためには、即ち、ｄω／ｄｔ≧０とするためには、第２クラッチ１１の伝達トルク容量Ｔｃを、Ｔｃ≦Ｔｍとなるように設定すればよい。
【００３５】
この実施形態では、第２モータ８としては、一般に低速高トルク型と呼ばれているもので、図３に示されているようなトルク特性のものを採用している。内燃機関始動時の使用領域Ａ及び補機駆動時の使用領域Ｂは、それぞれ図示のような範囲であり、内燃機関始動時には停止している内燃機関４を自律運転可能な回転数まで極力早く立ち上げるために、第２モータ８を最大トルクで駆動する。
【００３６】
この時、前述のようにモータ軸８ａの回転数（補機９の回転数）を低下させないためには、第２クラッチ１１の伝達トルク容量Ｔｃをモータ最大トルクよりも小さく設定し、相対回転を持ちながら内燃機関４及び補機９にトルクを伝達するようにしている。
【００３７】
内燃機関４の回転数がアイドリング相当回転数まで上昇した後は、内燃機関４は自律運転に入り、補機９は内燃機関４により駆動されるので、第２モータ８の出力を零とすることができる。但し、この実施形態では燃費向上や排気浄化を図るため、第２モータ８を内燃機関４の出力をアシスト（補助）するように駆動している。
【００３８】
図４は電磁コイル１３へ供給するコイル電流との関係における第２クラッチ１１の伝達トルク特性を示す図である。第２クラッチ１１の伝達トルク容量Ｔｃは、電磁コイル１３へ供給するコイル電流が零のときに最大トルク容量となり、コイル電流が大きくなるにつれて伝達トルク容量は比例的に小さくなる。
【００３９】
この特性は、図５に示されているように、電磁コイル１３の電磁力が供給するコイル電流に比例して大きくなり、この電磁力はバネ１９の付勢力を弱めるように作用するから、可動部１６のクラッチディスク部２２への押付力Ｐは、コイル電流が増大するにつれて小さくなることにより実現されるものである。なお、バネ１９の付勢力は変位によって若干変化するが、巨視的には変位零と考えて良く、本実施形態ではバネ１９の付勢力は変位にかかわらず一定としている。
【００４０】
上述した本発明の実施形態によると、停車時には第２モータ８により補機９を駆動するようにしているから、停車時に内燃機関４を停止しても補機９を十分に機能させることができ、発進時には第２モータ８の駆動力を、供給するコイル電流によって伝達トルク容量の変更が可能な第２クラッチ１１を制御して内燃機関４に分配して内燃機関４を始動させ、このとき第２モータ８の駆動力の一部を補機９に伝達するようにしているから、内燃機関始動時の内燃機関側慣性や機械的摩擦力等による補機９の性能低下（回転低下）を少なくすることができる。
【００４１】
特に、本実施形態では、停車時（内燃機関停止時）には補機９を十分に機能させるために必要なトルク（アイドリング回転相当のトルク）で駆動し、発進時（内燃機関始動時）にはモータ最大トルクで駆動するようにしたから、補機９の性能を低下させることなく、内燃機関４を始動することができる。
【００４２】
また、電磁コイル１３へ供給するコイル電流が零である場合に、伝達トルク容量が最大となるようにしたから、何らかの電気系の障害等により、万一、第２クラッチ１１が作動しないような場合においても、内燃機関４の始動が可能であり、車両の信頼性を向上することができる。
【００４３】
なお、以上説明した実施形態は、本発明の理解を容易にするために記載されたものであって、本発明を限定するために記載されたものではない。したがって、上記の実施形態に開示された各要素は、本発明の技術的範囲に属する全ての設計変更や均等物をも含む趣旨である。
【００４４】
例えば、本実施形態では、第２クラッチ１１として、その構成が比較的に簡単である電磁力を用いた電磁クラッチを採用しているが、本発明はこれに限定されることはなく、油圧力、空気圧力、負圧力、その他の力を用いた方式のものを採用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態のハイブリッド自動車の要部構成を示す図である。
【図２】本発明の実施形態のハイブリッド自動車の第２クラッチの詳細構成を示す断面図である。
【図３】本発明の実施形態のハイブリッド自動車の第２モータのトルクと回転数との関係及び補機駆動時の使用領域と内燃機関始動時の使用領域を示す図である。
【図４】本発明の実施形態のハイブリッド自動車の第２クラッチの特性を示す図であり、コイル電流と伝達トルク容量の関係を示す図である。
【図５】本発明の実施形態のハイブリッド自動車の第２クラッチの特性を示す図であり、コイル電流と可動部のクラッチディスク部に対する押付力の関係を示す図である。
【符号の説明】
１…第１モータ
４…内燃機関
７…第１クラッチ
８…第２モータ
９…補機
１０…第１ベルト伝動手段
１１…第２クラッチ
１２…第２ベルト伝動手段
１３…電磁コイル
１６…可動部
１７…補機駆動用プーリ
１８…内燃機関始動用プーリ
１９…バネ
２２…クラッチディスク部
【図１】
0003559889.tif 000002
【図２】
0003559889.tif 000003
【図３】
0003559889.tif 000004
【図４】
0003559889.tif 000005
【図５】
0003559889.tif 000006