(57)【要約】【課題】力行側の制御と回生側の制御との切替時に歯打ち音が発生することを抑制する。【解決手段】エンジンとモータジェネレータとを備えたハイブリッド車の制御装置において、エンジンの軸トルクに基づいて、モータジェネレータの力行の制御と回生の制御との切り替えを行なう切替部を備える。エンジンのトルクが働かない時期にモータジェネレータの制御を切り替えることにより、歯打ち音の発生を抑制する。【選択図】図８
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンとモータジェネレータとを備えたハイブリッド車の制御装置において、
前記エンジンの軸トルクに基づいて、前記モータジェネレータの力行の制御と回生の制御との切り替えを行なう切替部を備えることを特徴とするハイブリッド車の制御装置。
【請求項２】
前記エンジンと前記モータジェネレータとの間の動力伝達経路にトーショナルダンパを備え、前記切替部は、前記トーショナルダンパの温度に基づいて前記切り替えを行う時期を補正することを特徴とする請求項１に記載のハイブリッド車の制御装置。
【請求項３】
前記切替部による切り替えが行なわれるときにおいて、バッテリへの入出力電力が該バッテリの許容値を超える場合には、前記エンジンへの燃料の供給を停止するか又は前記エンジンの点火時期を遅らせることを特徴とする請求項１または２に記載のハイブリッド車の制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ハイブリッド車の制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ハイブリッド車両は、車輪駆動軸を駆動系歯車装置を介してエンジン、モータジェネレータもしくは双方によって駆動可能に構成されたものである。このモータジェネレータは、走行駆動源であるモータとして機能する力行側の制御と、発電機として機能する回生側の制御とを切り替え可能に構成されている。
【０００３】
このような制御形態を実現するために、エンジン（変速機を含む）とモータジェネレータとは、駆動系歯車装置を介して一方の駆動力が他方に伝達できるように構成されている。
【０００４】
ここで、駆動系歯車装置で歯打ち音が発生した場合に、モータジェネレータの駆動用バッテリの残容量に余裕があるときはモータジェネレータを力行側に制御し、バッテリの残容量に余裕がないときはモータジェネレータを回生側に制御することで、駆動系歯車装置の歯打ち音を低減する技術が知られている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００５】
しかし、力行側と回生側との切替時においては、やはり歯打ち音が発生する虞がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００４−３２８８２４号公報
【特許文献２】特開２００８−１６２３９７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、上記したような問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、力行側の制御と回生側の制御との切替時に歯打ち音が発生することを抑制することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を達成するために本発明によるハイブリッド車の制御装置は、
エンジンとモータジェネレータとを備えたハイブリッド車の制御装置において、
前記エンジンの軸トルクに基づいて、前記モータジェネレータの力行の制御と回生の制御との切り替えを行なう切替部を備える。
【０００９】
エンジンの軸トルクは、エンジンでの燃焼により発生するトルクである。この軸トルクは常に変動している。そして、エンジンの軸トルクに基づいて前記切り替えを行なうことにより、ギアにエンジンからのトルクが働いていないときに力行側の制御と回生側の制御とを切り替えることができるため、歯打ち音が発生することを抑制できる。「モータジェネレータの力行の制御と回生の制御との切り替え」は、「モータジェネレータから動力伝達経路に働くトルクの方向の切り替え」とすることもできる。
【００１０】
本発明においては、前記エンジンと前記モータジェネレータとの間の動力伝達経路にトーショナルダンパを備え、前記切替部は、前記トーショナルダンパの温度に基づいて前記切り替えを行う時期を補正することができる。
【００１１】
トーショナルダンパによれば、動力伝達時の衝撃を緩和することができる。そして、トーショナルダンパにより、動力の伝達遅れが生じる。また、トーショナルダンパは、弾性部材（たとえばゴムまたはバネ）を含んで構成されている。この弾性部材は、温度に応じて性質が変化するため、温度に応じて動力伝達特性が変化する。そうすると、前記動力の伝達遅れが温度に応じて変化する。このため、歯打ち音が発生する時期が温度に応じて変化するため、該温度に応じて切替時期を補正すれば、歯打ち音が発生する時期に応じて切替時期を補正することができる。トーショナルダンパの温度は、トーショナルダンパの雰囲気温度としても良い。また、バネまたはゴムの温度としても良い。
【００１２】
本発明においては、前記切替部による切り替えが行なわれるときにおいて、バッテリへの入出力電力が該バッテリの許容値を超える場合には、前記エンジンへの燃料の供給を停止するか又は前記エンジンの点火時期を遅らせることができる。
【００１３】
そうすると、電力の変化を抑制できるため、力行側の制御と回生側の制御とを切り替えるときに発生し得る過充電や過放電を抑制することができる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、力行側の制御と回生側の制御との切替時に歯打ち音が発生することを抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】実施例１に係るハイブリッド車の概略構成を示す図である。
【図２】充電量、エンジンのトルク、第２モータジェネレータのトルク（ＭＧ２トルク）、バッテリの残量（ＳＯＣ）の推移を示した図である。
【図３】アウトプットシャフトにおけるエンジンからのトルク、第２モータジェネレータからのトルク、エンジンと第２モータジェネレータとのトルクの合計値の推移を示したタイムチャートである。
【図４】直列４気筒のエンジンにおけるクランク軸トルクと、クランクアングルと、の関係を示した図である。
【図５】エンジンのクランク軸トルクと、リアプラネタリギアに入力されるエンジンからのトルクと、の関係を示した図である。
【図６】トーショナルダンパの温度と位相遅れとの関係を示した図である。
【図７】エンジンのトルク、第２モータジェネレータのトルク（ＭＧ２トルク）、電力収支の関係を示した図である。
【図８】実施例１に係る制御フローを示したフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明に係るハイブリッド車の制御装置の具体的な実施態様について図面に基づいて説明する。
【実施例１】
【００１７】
図１は、本実施例に係るハイブリッド車の概略構成を示す図である。図１に示すハイブリッド車は、主として、エンジン１、主に発電機として機能する第１モータジェネレータ（ＭＧ１）４と、フロントプラネタリギア５と、主に電動機として機能する第２モータジェネレータ（ＭＧ２）６と、リアプラネタリギア７とを含む構成である。
【００１８】
エンジン１から駆動輪に至る動力伝達経路に、第１モータジェネレータ４、フロントプラネタリギア５、リアプラネタリギア７、及び第２モータジェネレータ６が、配置されている。
【００１９】
エンジン１は、ガソリンエンジン、ディーゼルエンジン、ＬＰＧエンジンなどが適用可能であり、燃料と空気の混合気を気筒内で燃焼させ、その熱エネルギを回転運動エネルギに変換して出力するものである。このエンジン１の動作は、ＥＣＵ１００によって制御される。
【００２０】
エンジン１の出力軸であるクランクシャフト１１の後端には、バネやゴムなどを含んで構成されるトーショナルダンパ１３を介してインプットシャフト２が連結されている。クランクシャフト１１とインプットシャフト２とは、一直線上つまり同軸上に配置されている。
【００２１】
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６は、電気エネルギを運動エネルギに変換する力行機能と、運動エネルギを電気エネルギに変換する回生機能とを兼備した同期電動機が用いられている。
【００２２】
具体的に、第１モータジェネレータ４は、フロントプラネタリギア５を介してエンジン１の駆動力を受けて第２モータジェネレータ６に給電するための発電を行う他、エンジン１の始動、停止時や車両発進時の駆動力発生源として機能する。一方、第２モータジェネレータ６は、車両の走行駆動力のアシストを行う他、制動時や減速時の回生動作によって発電を行うものとして機能する。
【００２３】
ＥＣＵ１００によってインバータ８１を制御することにより、前記力行機能及び回生機能、ならびにそれぞれの場合における駆動力を制御するように構成されている。また、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６は、電力の授受を行うことが可能なバッテリ８にインバータ８１を介して接続されている。
【００２４】
フロントプラネタリギア５は、サンギア５２、リングギア５３、複数のピニオンギア５４、キャリヤ５５を含んでいる。サンギア５２は、第１モータジェネレータ４に一体回転可能に連結されている。リングギア５３は、サンギア５２の外径側に同心状に配置されており、アウトプットシャフト９に一体回転可能に連結されている。
【００２５】
複数のピニオンギア５４は、サンギア５２とリングギア５３との間に互いに噛合するよう配置されている。キャリヤ５５は、複数のピニオンギア５４を円周等間隔に保持して回転自在に支持するもので、インプットシャフト２に一体回転可能に連結されている。
【００２６】
リアプラネタリギア７は、サンギア７１、ピニオンギア７４、リングギア７５、キャリヤ７６を含んでいる。サンギア７１は、シャフト７７によって第２モータジェネレータ６に回転一体に連結されている。
【００２７】
ピニオンギア７４はサンギア７１に噛合されている。キャリヤ７６は、複数のピニオンギア７４を円周等間隔に保持して回転自在に支持するもので、アウトプットシャフト９が一体回転可能に連結されている。
【００２８】
アウトプットシャフト９は、シャフト７７及びインプットシャフト２と同軸上に配置されている。また、アウトプットシャフト９の前端（動力伝達方向上流側）は、フロントプラネタリギア５のリングギア５３に回転一体に連結されている。シャフト７７は、第２モータジェネレータ６に一体回転可能に連結されている。
【００２９】
一方、アウトプットシャフト９は、デファレンシャル９１に連結されており、このデファレンシャル９１にドライブシャフト９２が接続されている。
【００３０】
なお、上述した各ＥＣＵ１００は、一般的に公知のように、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ及びバックアップＲＡＭ等を含んで構成される。ＲＯＭは、各種制御プログラムや、それら各種制御プログラムを実行する際に参照されるマップ等が記憶されている。ＣＰＵは、ＲＯＭに記憶された各種制御プログラムやマップに基づいて各種の演算処理を実行する。また、ＲＡＭは、ＣＰＵでの演算結果や各センサから入力されたデータ等を一時的に記憶するメモリであり、バックアップＲＡＭは、例えばエンジン１の停止時にその保存すべきデータ等を記憶する不揮発性のメモリである。
【００３１】
ここで、フロントプラネタリギア５の動作を説明する。キャリヤ５５に入力されるエンジン１の駆動力に対して、第１モータジェネレータ４による反力駆動力をサンギア５２に入力すると、エンジン１から入力された駆動力より大きい駆動力がリングギア５３から出力として得られる。
【００３２】
その場合、第１モータジェネレータ４は発電機として機能する。また、リングギア５３の回転数（出力回転数）を一定とすると、第１モータジェネレータ４の回転数を増減変化させることにより、エンジン１の回転数を連続的に（無段階に）変化させることができる。したがって、第１モータジェネレータ４を制御することによって、例えば燃費を最も良好とするようにエンジン１の回転数を制御することが可能になる。
【００３３】
ところで、上記ハイブリッド車両においては、エンジン走行モード、電気自動車（ＥＶ）モード、ハイブリッドモードを切り換え可能になっている。
【００３４】
エンジン走行モードでは、エンジン１に燃料が供給されて、エンジン１が自律回転する一方、第２モータジェネレータ６への電力の供給が停止される。エンジン１が自律回転している場合、エンジン駆動力は、インプットシャフト２、キャリヤ５５、リングギア５３を経由してアウトプットシャフト９に伝達される。アウトプットシャフト９の駆動力は、デファレンシャル９１、ドライブシャフト９２を経由して駆動輪に伝達される。
【００３５】
電気自動車モードでは、第２モータジェネレータ６が電動機として起動され、この第２モータジェネレータ６の駆動力がリアプラネタリギア７を経由し、アウトプットシャフト９、デファレンシャル９１、ドライブシャフト９２を介して駆動輪に伝達される一方、エンジン１には燃料が供給されない。
【００３６】
ハイブリッドモードでは、エンジン１が自律回転し、且つ第２モータジェネレータ６に電力が供給され、エンジン１の駆動力及び第２モータジェネレータ６の駆動力が、共に駆動輪に伝達される。
【００３７】
このように、車両は、エンジン１で発生する駆動力を、フロントプラネタリギア５を経由させて、駆動輪と第１モータジェネレータ４とに機械的に分配できるとともに、エンジン１または第２モータジェネレータ６のうちの少なくとも一方を駆動源とすることができる。
【００３８】
さらに、エンジン駆動力をフロントプラネタリギア５に伝達する場合、フロントプラネタリギア５のサンギア５２とキャリヤ５５とリングギア５３との差動機能により、第１モータジェネレータ４の回転速度を制御すれば、エンジン１の回転数を無段階に（連続的に）制御することが可能であり、そのことから、フロントプラネタリギア５が無段変速機として機能する。
【００３９】
ところで、第２モータジェネレータ６のトルクが０となると、エンジン１のトルク変動の影響で、動力伝達経路に備わるギアにおいて歯打ち音が発生することがある。このため
、第２モータジェネレータ６において、バックラッシを一回転方向に詰めるようにトルクを発生させることが考えられる。しかし、押し付ける方向を一方向のみとすると、充電または放電が偏って行なわれてしまうため、押し付ける方向を入れ替える必要が生じる。
【００４０】
ここで、図２は、充電量、エンジン１のトルク、第２モータジェネレータ６のトルク（ＭＧ２トルク）、バッテリ８の残量（ＳＯＣ）の推移を示した図である。図２に示すように、エンジン１の動作点が変わりトルクが変化するに応じて、第２モータジェネレータ６のトルクを変化させてギアのバックラッシを詰めている。この際に、充放電量が偏るために、ＳＯＣに応じて第２モータジェネレータ６の切替時期を制御している。そうすると、第２モータジェネレータ６のトルクの切替時に、該第２モータジェネレータ６のトルクが０となる時期（図２の丸印）があるため、このときに歯打ち音が発生する。
【００４１】
そこで、本実施例では、エンジン１のトルク変動が反転する時期に、第２モータジェネレータ６のトルクの方向を変化させる。ここで、エンジン１のトルク変動の影響でバックラッシにおいて歯打ち音が発生する。また、エンジン１のトルク変動は、燃焼トルクが離散的に発生することにより発生する。このため、燃焼トルクが上昇から下降、または下降から上昇に反転する時期に第２モータジェネレータ６のトルクの方向を切り替えることで、ギア間の相対速度が低減するために、歯打ち音の発生を抑制することができる。
【００４２】
図３は、アウトプットシャフト９におけるエンジン１からのトルク、第２モータジェネレータ６からのトルク、エンジン１と第２モータジェネレータ６とのトルクの合計値の推移を示したタイムチャートである。エンジン１からのトルクは、変動しながらＡで示される時刻の前後で大きく低下している。この場合、図３の「切替期間」で示される期間で第２モータジェネレータ６のトルクの方向を切り替える。なお、図３では、Ａの時刻において、第２モータジェネレータ６のトルクの方向を切り替えている。そして、エンジン１と第２モータジェネレータ６とのトルクの合計値は、Ａの時刻の前後で一定の変動を維持している。そして、Ａの時刻において、歯打ち音が発生する虞がある。
【００４３】
このため、本実施例では、第２モータジェネレータ６のトルクの方向を変える時期を、クランクアングルで９０°から１８０°の間としている。ここで、図４は、直列４気筒のエンジンにおけるクランク軸トルクと、クランクアングルと、の関係を示した図である。図４を見れば分かるように、クランクアングルで９０°から１８０°の間において、クランク軸トルクが最も低くなり、略０となる。つまり、この時期であれば、エンジン１のトルクが動力伝達経路に働いていない状態で第２モータジェネレータ６のトルクの方向を変えることができる。そうすると、第２モータジェネレータ６のトルクが０となるときにエンジン１のトルクも略０となるため、歯打ち音を低減することができる。なお、他の気筒数のエンジンにおいても、クランク軸トルクが０となるときを狙って第２モータジェネレータ６のトルクの方向を切り替えることにより、同様の効果を得ることができる。
【００４４】
ここで、ギア間隔に基づいて相対速度が小さくなるように制御することも考えられるが、第２モータジェネレータ６の各ギアを押し付けている間は、ギア間隔が０となり制御することができないため、本実施例による制御が歯打ち音の低減に有効であるといえる。
【００４５】
ところで、動力伝達経路に伝達されるエンジン１のトルク変動は、トーショナルダンパ１３のばね剛性に応じてその特定が変化する。このため、第２モータジェネレータ６のトルクの方向を切り替える最適な時期も変化する。これに対し、トーショナルダンパ１３の温度に応じて、第２モータジェネレータ６のトルクの方向を切り替える時期を補正しても良い。トーショナルダンパ１３の温度は、トーショナルダンパ１３の雰囲気温度としても良い。トーショナルダンパ１３の温度は、センサにより測定しても良く、エンジン１の運転状態などに基づいたマップによって推定しても良い。
【００４６】
ここで、図５は、エンジン１のクランク軸トルクと、リアプラネタリギア７に入力されるエンジン１からのトルクと、の関係を示した図である。実線は、トーショナルダンパ１３の温度が低い場合を示し、破線は、トーショナルダンパ１３の温度が高い場合を示している。このように、トーショナルダンパ１３の温度が高くなることにより、トルク変動が遅れてリアプラネタリギア７に伝達する。
【００４７】
この温度と位相遅れとの関係を予め実験等により求めれば、トーショナルダンパ１３の温度によってどの程度位相が遅れるのかを知ることができる。ここで、図６は、トーショナルダンパ１３の温度と位相遅れとの関係を示した図である。この関係は、予めＥＣＵ１００に記憶させておく。すなわち、エンジン１のトルク変動に応じて決定される第２モータジェネレータ６のトルクの方向を切り替える時期に対して、図６により求まる位相遅れ分だけ後にトルクの方向を切り替えることで、トーショナルダンパ１３の影響を打ち消すことができる。これにより、最適な時期に第２モータジェネレータ６のトルクの方向を切り替えることができる。
【００４８】
また、第２モータジェネレータ６のトルクの方向を切り替えるときに、バッテリ８への入出力電力が該バッテリ８の許容値を超える場合には、エンジン１の脈動トルクを減少させるために燃料カットや点火時期の遅角などを行なっても良い。すなわち、第２モータジェネレータ６のトルクを急変させると過充電又は過放電が起こり得るため、これを抑制する。
【００４９】
図７は、エンジン１のトルク、第２モータジェネレータ６のトルク（ＭＧ２トルク）、電力収支の関係を示した図である。電力収支におけるＷＯＵＴは出力制限であり、バッテリ５０の放電に許容される電力である放電許容電力として設定される。また、ＷＩＮは入力制限であり、バッテリ８の充電に許容される電力である充電許容電力として設定される。この入力制限ＷＩＮと、出力制限ＷＯＵＴとの間が、バッテリ８の入出力電力の許容範囲となる。電力収支における実線は本実施例による燃料カットまたは点火時期の遅角を行った場合を示し、破線はこれらの制御を行わなかった場合を示している。
【００５０】
図７に示されるように、本実施例による制御を行わない場合（破線）では、エンジン１のトルクの急変に応じて、電力収支が出力制限ＷＯＵＴを越えてしまう。これに対し本実施例の制御を行う場合（実線）では、エンジン１のトルクの急変を抑制することにより、電力収支の急変を抑制して、電力収支を許容範囲内に収めている。
【００５１】
図８は、本実施例に係る制御フローを示したフローチャートである。本ルーチンはＥＣＵ１００により所定の時間毎に実行される。なお、本実施例では図８に示すフローを実行するＥＣＵ１００が、本発明における切替部に相当する。
【００５２】
ステップＳ１０１では、歯打ち音の発生を抑制する制御が行われているか否か判定される。本ステップでは、第２モータジェネレータ６のトルクの方向を切り替える要求があるか否か併せて判定しても良い。第２モータジェネレータ６のトルクの方向を切り替える要求があるか否かは、バッテリ８の残量（ＳＯＣ）や経過時間などに基づいて判定することができる。ステップＳ１０１で肯定判定がなされた場合にはステップＳ１０２へ進み、否定判定がなされた場合には本ルーチンを終了させる。
【００５３】
ステップＳ１０２では、クランクアングルが９０°から１８０°の間であるか否か判定される。すなわち、エンジン１のトルクがリアプラネタリギア７に働いていないか否か判定される。ステップＳ１０２で肯定判定がなされた場合にはステップＳ１０３へ進み、否定判定がなされた場合には第２モータジェネレータ６のトルクの方向を切り替える時期で
はないため本ルーチンを終了させる。
【００５４】
ステップＳ１０３では、電力収支の許容範囲が所定値よりも小さいか否か判定される。なお、バッテリ８の入出力制限ＷＩＮ，ＷＯＵＴは、バッテリ８の温度に基づいて入出力制限ＷＩＮ，ＷＯＵＴの基本値を設定すると共に、バッテリ８の残容量（ＳＯＣ）に基づいて出力制限用補正係数と入力制限用補正係数とを設定し、設定した入出力制限ＷＩＮ，ＷＯＵＴの基本値に補正係数を乗じることにより設定される。これらの関係は、予めマップ化されている。そして、入出力制限ＷＩＮ，ＷＯＵＴの範囲が所定値よりも小さくなったときには、トルクの方向を変えるときに過充電又は過放電が起こる虞がある。このため、ステップＳ１０３で肯定判定がなされた場合には、ステップＳ１０４へ進んで、点火時期の遅角や燃料カットなどエンジン１のトルクを低下させつつ、第２モータジェネレータ６のトルクの方向を切り替える。一方、ステップＳ１０３で否定判定がなされた場合には、ステップＳ１０５へ進んで、そのまま第２モータジェネレータ６のトルクの方向を切り替える。
【００５５】
以上説明したように本実施例によれば、エンジン１のトルクに基づいて第２モータジェネレータ６の力行側の制御と回生側の制御とを切り替えることにより、切替時に歯打ち音が発生することを抑制できる。
【００５６】
また、トーショナルダンパ１３の温度に基づいて切替時期を補正するため、より適正な時期に切替が可能となるため、歯打ち音の発生をより抑制できる。
【００５７】
さらに、バッテリ８において過充電または過放電が起こる虞がある場合には、エンジン１のトルクを減少させることにより、これらが起こることを抑制できる。
【符号の説明】
【００５８】
１     エンジン
２     インプットシャフト
３     ケーシング
４     第１モータジェネレータ
５     フロントプラネタリギア
６     第２モータジェネレータ
７     リアプラネタリギア
８     バッテリ
９     アウトプットシャフト
１１   クランクシャフト
１３   トーショナルダンパ
５２   サンギア
５３   リングギア
５４   ピニオンギア
５５   キャリヤ
７１   サンギア
７４   ピニオンギア
７５   リングギア
７６   キャリヤ
７７   シャフト
８１   インバータ
９１   デファレンシャル
９２   ドライブシャフト
１００ ＥＣＵ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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