(57)【要約】【課題】ハイブリッド車両において駆動力に段差を生じることなく、モータ走行からエンジン走行へのスムーズな切り替えを可能とする。【解決手段】  本発明は、ハイブリッド車両においてモータ走行モードからエンジン走行モードへと切り替える際に、クラッチの締結を開始する前のエンジン回転速度を、変速機の入力軸回転速度より所定値だけ上昇させておく。このとき、エンジンのスロットル開度を大きくしながらもトルクを抑えるために点火時期をリタード及び混合比をリーン化する。クラッチの締結が開始されると点火時期及び混合比を元に戻し、スロットル開度をさらに大きくすることでエンジントルクを増加させ、クラッチを完全締結する。【選択図】図２
2005231585.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
モータ及びエンジンの駆動力を切り替えて走行するハイブリッド車両の駆動力制御装置において、
前記エンジンから変速機に伝達される駆動力を断続するクラッチと、
前記変速機の入力軸の回転速度Ｎｉを検出する変速機回転速度検出手段と、
前記エンジンの回転速度を検出するエンジン回転速度検出手段と、
モータ走行からエンジン走行に切り替える必要があるか否かを判定する走行モード判定手段と、
エンジン走行に切り替える必要があると判定した時に前記エンジンの回転速度を前記変速機の入力軸の回転速度Ｎｉよりも大きくするエンジン制御手段と、
前記エンジンの回転速度Ｎが変速機の入力軸回転速度Ｎｉよりも上昇代αだけ大きくなったときに前記クラッチを締結するクラッチ制御手段と、
前記クラッチの締結が開始されるとモータトルクを低下させるモータ制御手段と、
を備えることを特徴とするハイブリッド車両の駆動力制御装置。
【請求項２】
前記エンジン制御手段は、少なくとも点火時期のリタード又は混合比のリーン化のいずれか一方を行ってエンジントルクの上昇を抑えつつ、スロットルを開いてエンジンの回転速度を上昇させる、
ことを特徴とする請求項１に記載のハイブリッド車両の駆動力制御装置。
【請求項３】
前記エンジン回転速度Ｎが微小時間前のエンジン回転速度Ｎｚよりも低下したらクラッチの締結が開始されたと判定するクラッチ締結開始判定手段を備え、
前記エンジン制御手段は、クラッチの締結開始を判定したら、要求駆動力までスロットルをさらに開くとともに、変更した点火時期又は混合比を戻す、
ことを特徴とする請求項２に記載のハイブリッド車両の駆動力制御装置。
【請求項４】
前記エンジン制御手段は、変速機の入力軸の回転速度Ｎｉに対するエンジンの回転速度の上昇代αを以下の式で算出する、
α＝（（Ｔ−Ｔｅ）／Ｉ）・Ｔｃｌ／ｋ、
ここで、
Ｔ：車両の要求駆動トルク、
Ｔｅ：エンジントルク、
Ｉ：エンジンイナーシャ、
Ｔｃｌ：クラッチ締結時間、
ｋ：クラッチの平均伝達率、
ことを特徴とする請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載のハイブリッド車両の駆動力制御装置。
【請求項５】
前記クラッチ制御手段は、クラッチ締結指令出力時から実際にクラッチが締結されるまでのクラッチ締結遅れ時間に対応してクラッチ締結制御を行う、
ことを特徴とする請求項１から請求項４までのいずれか１項に記載のハイブリッド車両の駆動力制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ハイブリッド車両において駆動力に段差を生じることなく、モータ走行からエンジン走行へのスムーズな切り替えを可能とする駆動力制御装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ハイブリッド車両はエンジン及びモータを備え、車両が要求する駆動力とバッテリ及びモータの状態とに応じて、エンジンのみを動力源とするエンジン走行モードと、モータのみを動力源とするモータ走行モードと、エンジン及びモータを同時に動力源とする走行モードとを切り替えて走行している。減速時に回生エネルギーを有効に回収する必要があるので、変速機への入力軸とエンジンの出力軸間はクラッチで断接されている。
【０００３】
モータ走行中に車両が要求する駆動力がモータの出力可能なトルクを上回る場合は、エンジンを始動してクラッチを締結し、エンジン走行へ切り替える。この切り替え時には駆動力の段差を生じるのでこれを防止する技術として、特許文献１にエンジン回転速度を変速機の入力軸の回転速度に一致させるためにエンジン出力を制御する方法が記載されている。
【特許文献１】特開２０００−２３３１１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、このような技術では、エンジンと変速機とをクラッチを介して締結し終えるまでは、両者の回転速度を合わせるためにその回転速度に見合ったエンジントルクに抑えておかなければならない。
【０００５】
よって、クラッチの締結が終了した後すぐにエンジントルクを大きくして、これに伴いモータートルクを低下させると、モータートルクに比べて反応が遅いエンジントルクは駆動力の要求に対して遅れて立ち上がるので、駆動力に段差を生じる。
【０００６】
またここで、モータのゲインを下げる速度を調節してエンジントルクの立ち上がり遅れに合わせてゲインを下げるようにすると締結が遅くなる。
【０００７】
本発明は、このような従来の問題点に着目してなされたものであり、エンジントルクの立ち上がり遅れによる駆動力の段差を小さくする駆動力制御装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は以下のような解決手段によって前記課題を解決する。なお、理解を容易にするために本発明の実施形態に対応する符号を付するが、これに限定されるものではない。
【０００９】
本発明は、モータ（５）及びエンジン（１）の駆動力を切り替えて走行するハイブリッド車両（２０）の駆動力制御装置において、エンジン（１）から変速機（４）に伝達される駆動力を断続するクラッチ（３）と、前記変速機（４）の入力軸の回転速度Ｎｉを検出する変速機回転速度検出手段（１４）と、前記エンジン（１）の回転速度を検出するエンジン回転速度検出手段（１２）と、前記モータ走行からエンジン走行に切り替える必要があるか否かを判定する走行モード判定手段（Ｓ２）と、前記エンジン走行に切り替える必要があると判定した時にエンジン（１）の回転速度を変速機（４）の入力軸の回転速度Ｎｉよりも大きくするエンジン制御手段（Ｓ６、Ｓ７）と、エンジン（１）の回転速度Ｎが変速機（４）の入力軸回転数Ｎｉよりも上昇代αだけ大きくなったときに前記クラッチ（３）を締結するクラッチ制御手段（Ｓ１０）と、前記クラッチ（３）の締結が開始されるとモータトルクを低下させるモータ制御手段（Ｓ１５）とを備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
エンジン回転速度を変速機の入力軸回転速度よりも所定値だけ上昇させてからクラッチを締結することにより、エンジンの回転速度が変速機の入力軸回転速度と一致するまでの過程において、エンジンに蓄えられたイナーシャエネルギーが駆動力として放出される。この駆動力がエンジントルクの立ち上がり遅れによる駆動力の不足を補うので、モータ走行からエンジン走行へと走行モードを切り替えるときにモータのトルクを急速に低下させても、発生する駆動力段差を小さく抑えることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下では図面等を参照して本発明の実施の形態についてさらに詳しく説明する。
【００１２】
図１はハイブリッド車のシステム構成例を示している。なお、図中の太い実線は電力線を示し、矢印は制御線を示している。
【００１３】
本システムのハイブリッド車両２０は、エンジン１と、モータジェネレータ（ＭＧ）２と、クラッチ３と、変速機（Ｔ／Ｍ）４と、モータジェネレータ（ＭＧ）５と、高電圧バッテリ６と、インバータ７とを備える。
【００１４】
エンジン１は、エンジンコントロールモジュール（ＥＣＭ）１２によって、点火時期、燃料噴射量、スロットル開度等が制御されている。エンジン１の駆動力はクラッチ３によって断続されて駆動輪９に伝達される。なお、ＥＣＭ１２はエンジン回転速度センサを兼ねている（エンジン回転速度検出手段）。
【００１５】
モータジェネレータ（ＭＧ）２は、エンジン１及びクラッチ３の間に配置され、例えば、後述のように、エンジン１が停止しているときにＳＯＣ(State Of Charge)が低く高電圧バッテリ６を充電する必要があるときには、エンジン１を始動するとともに、エンジン１の駆動力によって発電を行う。
【００１６】
クラッチ３は、ＭＧ２及びＴ／Ｍ４の間に配置され、エンジン１の駆動力を駆動輪９に断続する。
【００１７】
変速機（Ｔ／Ｍ）４は、クラッチ３及びＭＧ５の間に配置され、エンジン１の駆動力を変速して駆動輪９に伝達する。また、クラッチ３と変速機４との間には、変速機回転速度センサ１４が設けられている（変速機回転速度検出手段）。
【００１８】
モータジェネレータ（ＭＧ）５は、Ｔ／Ｍ４及びディファレンシャルギヤ８の間に配置され、走行時には駆動力を発生し、減速時には駆動輪９の回転によって発電を行う。
【００１９】
高電圧バッテリ６は、ＭＧ２及びＭＧ５を駆動するときに電力を供給し、また回生ブレーキ時に発生した電力を蓄電する。高電圧バッテリ６の電圧信号（ＳＯＣ）は、バッテリコントローラ（Ｂ／Ｃ）１３に送られる。
【００２０】
インバータ７は、ＭＧ２、ＭＧ５及び高電圧バッテリ６を接続する。インバータ７は、モーターコントローラ（Ｍ／Ｃ）１０を有し、高電圧バッテリ６の直流電流を交流電流に変換してＭＧ２及びＭＧ５を制御するとともに、ＭＧ２及びＭＧ５の交流電流を直流電流に変換して高電圧バッテリ６に供給する。インバータ７は、ハイブリッドコントロールモジュール（ＨＣＭ）１１によって制御される。
【００２１】
ＨＣＭ１１は、ＥＣＭ１２、Ｂ／Ｃ１３及びＭ／Ｃ１０を接続し、その全体を制御する。具体的には以下の制御を行う。
【００２２】
エンジン１の駆動力のみで走行するエンジン走行モードでは、ハイブリッド車両２０は、クラッチ３を締結し、エンジン１の駆動力のみを駆動輪に伝達し、ＭＧ２及びＭＧ５からは駆動力を受けない。そして、ＨＣＭ１１は、Ｂ／Ｃ１３から受信したＳＯＣ信号に基づいて、バッテリ６を充電する必要があるか否かを判断する。必要あるときは、Ｍ／Ｃ１０にＭＧ２の制御信号を送信し、エンジン１の駆動力の一部でＭＧ２を駆動してバッテリ６を充電する。
【００２３】
ＭＧ５の駆動力のみで走行するモータ走行モードでは、ハイブリッド車両２０は、クラッチ３を開放し、ＭＧ５の駆動力のみを駆動輪９に伝達する。このとき、ＨＣＭ１１は、Ｂ／Ｃ１３から受信したＳＯＣ信号に基づいて、バッテリ６の充電状態が十分に高くＭＧ５の消費電力をバッテリ６のみで供給可能であるか否かを判断し、供給可能であると判断したときは、ＥＣＭ１２にエンジン停止信号を送信する。また、バッテリ６の充電状態が低くＭＧ５の消費電力をバッテリ６のみでは供給不足となると判断できるときは、ＨＣＭ１１は、Ｍ／Ｃ１０にＭＧ２始動信号を送信し、ＭＧ２でエンジン１を始動してエンジン１の駆動力で発電を開始させる。
【００２４】
また、ＨＣＭ１１は、モータ走行モード時に、例えば運転者がアクセルを踏み込んで、車両の要求駆動トルクがＭＧ５の出力可能なトルクを超えるときには、モータ走行モードからエンジン走行モードへと切り替える走行モードの切替制御を行う。
【００２５】
本発明は、この走行モード切替時に、駆動力の段差が生じることを防止するものである。そこで、以下では、この走行モード切替時のＨＣＭ１１の具体的な制御方法について図２に示すフローチャートに沿って説明する。なお、本制御は微小時間（例えば１０ｍｓｅｃ）ごとに繰り返し実行している。
【００２６】
ステップＳ１では、モータ走行モードであるか否かを判定する。モータ走行モードであればステップＳ２へ進み、モータ走行モードでなければ処理を終了する。本実施形態はモータ走行モードからエンジン走行モードへ切り替えるときの制御方法であるので、モータ走行モードでないときは本制御を行う必要がないからである。
【００２７】
ステップＳ２では、車両の要求駆動トルクＴとＭＧ５の出力可能トルクとを比較する。車両の要求駆動トルクがＭＧ５の出力可能トルクを超えていればステップＳ３へ進み、車両の要求駆動トルクがＭＧ５の出力可能トルク以下であれば処理を終了する（走行モード判定手段）。
【００２８】
ステップＳ３では、エンジン１が停止中か否かを判定する。エンジン停止中であればステップＳ４へ進み、作動中であればステップＳ５へ進む。
【００２９】
ステップＳ４では、ＭＧ２によってエンジン１を始動する。
【００３０】
ステップＳ５では、エンジン１の点火時期をリタードし、混合比をリーン化し、スロットル開度を大きくする。このように制御する理由は以下に示す通りである。すなわち、後でクラッチ３の締結を開始したときに、ＭＧ５のトルクの減少に合わせてエンジントルクを迅速に立ち上げる必要があるが、エンジントルクの立ち上がりはスロットル開度の変化に対して遅れて応答する。そこで、スロットル開度をクラッチ締結前に予め大きくしておく必要がある。また、後述するように、エンジン停止状態から始動させ、エンジン１と変速機４とをクラッチ３により接続するときに、エンジン回転速度を変速機４の入力軸の回転速度より所定値だけ高い値とするが、このときエンジン１のトルクを大きくし過ぎるとエンジン回転速度の上昇が速すぎてエンジン回転速度を目標エンジン回転速度に合わせることが難しくなる。そこで、エンジントルクの立ち上がり応答が速い点火時期、混合比をそれぞれリタード、リーン化することで、スロットル開度を大きくしながらトルクの過度の増大を抑えるようにしている。
【００３１】
ステップＳ６では、クラッチ３を接続するときの目標エンジン回転速度Ｎ＊を以下の式から算出する。
【００３２】
Ｎ＊＝Ｎｉ＋α
α＝（（Ｔ−Ｔｅ）／Ｉ）・Ｔｃｌ／ｋ
ここで、
Ｎ＊：目標エンジン回転速度
Ｎｉ：変速機の入力軸回転速度
α：Ｎｉに対して上昇させるエンジン回転速度の所定値
Ｔ：車両の要求駆動トルク
Ｔｅ：エンジントルク
Ｉ：エンジンイナーシャ
Ｔｃｌ：クラッチ締結時間
ｋ：クラッチの平均伝達率
Ｉ、Ｔｃｌ、ｋは定数であるので目標エンジン回転速度Ｎ＊は要求駆動トルクＴとエンジントルクＴｅとに基づいて算出される（エンジン制御手段）。
【００３３】
このように目標エンジン回転速度Ｎ＊を変速機４の入力軸回転速度Ｎｉよりαだけ高めるのは、クラッチ３の締結が開始された後に、エンジントルクが立ち上がるまでの間、エンジン１に蓄えられたイナーシャエネルギーによって駆動力の不足を補うためである。
【００３４】
ステップＳ７では、ステップＳ６によって算出された目標エンジン回転速度の設定指令を出力する（エンジン制御手段）。
【００３５】
ステップＳ８では、クラッチ締結指令出力時のエンジン回転速度Ｎｃｌｏｎを以下の式から算出する。なおクラッチ締結指令出力時のエンジン回転速度とは、クラッチ３の締結指令を出力してから実際に締結が開始されるまでには時間がかかるので、この作動遅れ時間を見込んでクラッチ締結信号を出力するときのエンジン回転速度である。
【００３６】
Ｎｃｌｏｎ＝Ｎ＊−ΔＮ×ＣＬＤＬＹ／Δｔ
ΔＮ＝Ｎ−Ｎｚ
ここで、
Ｎｃｌｏｎ：クラッチ締結指令出力時のエンジン回転速度
Ｎ＊：目標エンジン回転速度
ＣＬＤＬＹ：クラッチ締結遅れ時間
Δｔ：演算間隔（本実施形態では１０ｍｓとしている）
Ｎ：エンジン回転速度
Ｎｚ：Δｔ前のエンジン回転速度
ステップＳ９では、現在のエンジン回転速度Ｎがクラッチ締結指令出力時のエンジン回転速度Ｎｃｌｏｎより大きいか否かを判定する。現在のエンジン回転速度Ｎの方が大きければステップＳ１０へ進み、クラッチ締結指令出力時のエンジン回転速度Ｎｃｌｏｎの方が大きければ処理を終了する。
【００３７】
ステップＳ１０では、クラッチ締結指令を出力する。ここで、このクラッチ締結指令は半クラッチ状態となる信号とする（クラッチ制御手段）。エンジンの回転速度が、ステップＳ８の式で算出された回転速度に達したときにクラッチ締結指令を出力すると、エンジン回転速度がステップＳ６で算出した目標エンジン回転速度に達したときに、ちょうどクラッチ締結が開始されるようになっている。  ステップＳ１１では、エンジン回転速度Ｎが１０ｍｓ前のエンジン回転速度Ｎｚ以下であるか否かを判定する。エンジン回転速度Ｎが１０ｍｓ前のエンジン回転速度Ｎｚ以下であればステップＳ１２へ進み、エンジン回転速度Ｎが１０ｍｓ前のエンジン回転速度Ｎｚより大きければ処理を終了する。クラッチ３が締結を開始するとエンジン回転速度の上昇は止まって低下し始めるので、現在のエンジン回転速度Ｎが１０ｍｓ前のエンジン回転速度Ｎｚよりも小さくなっていると判断できるときは、クラッチ３の締結が開始したことを検知することができる。
【００３８】
ステップＳ１２では、ステップＳ５でリタードした点火時期を戻し、リーン化した混合比を理論空燃比にし、スロットルをさらに開く。クラッチ３の締結が開始されると同時にエンジントルクを増加させる必要があるので、点火時期及び混合比を復帰させ、要求駆動力を発生できる吸入空気量になるまでスロットルを開く。上述したように、エンジントルクの立ち上がりはスロットル開度の変化に対して遅れを生じるので、ＭＧ５のトルクの減少を補うだけのエンジントルクが立ち上がるまでの間は、エンジン１に蓄えられたイナーシャエネルギーが駆動力として放出されることで駆動力不足を補うことができる。
【００３９】
ステップＳ１３では、エンジン回転速度Ｎが変速機４の入力軸回転速度Ｎｉと等しいか否かを判定する。等しければステップＳ１４へ進み、等しくなければ処理を終了する。エンジン回転速度が変速機の入力軸回転速度と等しくなったときクラッチ３の締結は完全締結状態となる。
【００４０】
ステップＳ１４では、クラッチ締結信号を半クラッチ状態から完全締結状態へと変更する。
【００４１】
ステップＳ１５では、走行モードをエンジン走行モードとしてモータトルクを低下させ、処理を終了する。
【００４２】
続いて以下では、モータ走行モードからエンジン走行モードへの移行時の動作を示す図３を参照しながら、本発明の作用を説明する。理解を容易にするために括弧内に図３の符号を示す。
【００４３】
ハイブリッド車両においてモータ走行モードからエンジン走行モードへと切り替える際に、エンジンが停止していればエンジン１を始動する（Ｔ０）。クラッチ３の締結を開始する前のエンジン回転速度を、変速機４の入力軸回転速度Ｎｉより所定値αだけ上昇させた値Ｎ＊になるまで上昇させていく。エンジン１のスロットル開度を大きくしながらもトルクを抑えるために点火時期をリタードし、混合比をリーン化する（Ｔ１）。エンジン回転速度がクラッチ締結指令出力時のエンジン回転速度Ｎｃｌｏｎを超えたらクラッチ締結指令を出力する（Ｔ２）。エンジン１の回転速度が目標エンジン回転速度に達したとき、クラッチ３の締結が開始され（Ｔ３）、エンジン回転速度が１０ｍｓ前のエンジン回転速度以下であると検出したらリタードした点火時期を戻し、リーン化した混合比を理論空燃比にし、スロットルをさらに開く（Ｔ４）。同時にＭＧ５のトルクを減少させ始める。ここで、ＭＧ５のトルクの減少速度よりエンジントルクの増加速度の方が遅いので駆動力が不足するが、回転速度を所定値αだけ上昇させたエンジン１のイナーシャエネルギーがこの駆動力不足を補う。そのままエンジン回転速度は低下していきエンジン回転速度Ｎが変速機４の入力軸回転速度Ｎｉと等しくなると、クラッチ締結信号を完全締結状態として、走行モードをエンジン走行モードとする（Ｔ５）。ここで、ＭＧ５のトルクはゼロとなる。
【００４４】
以上のように本実施形態では、クラッチ３の締結を開始する前にエンジン回転速度を変速機４の入力軸回転速度Ｎｉより所定値αだけ上昇させたことにより、クラッチ３の締結が開始され、その後スロットルを開き、エンジントルクが立ち上がるまでの間、エンジン１に蓄えられたイナーシャエネルギーが駆動力の不足を補うので、走行モード切り替え時にＭＧ５のトルクが急速に消失しても、駆動力段差を小さくすることができ、また、速やかな切り替えが行える。
【００４５】
また、エンジン１の回転速度を上昇させるときに、予めエンジン１の点火時期をリタードし、混合比をリーン化し、スロットル開度を大きくすることにより、トルクの上昇が抑えられエンジン１を目標回転速度に合わせるのが容易になる。さらに、スロットル開度を大きくしていることにより吸入空気量が多くなっているのでエンジントルクがすぐに立ち上がる。この結果、クラッチ３の締結が開始されてからエンジン１に蓄えられたイナーシャエネルギーをすべて放出する前にエンジントルクが増大し、駆動力段差を小さくすることができる。
【００４６】
さらにまた、エンジン１と変速機４をクラッチ接続する場合、変速機４の入力軸回転速度に対するエンジン回転速度の上昇代αを上述したように算出することで、エンジンイナーシャによる駆動トルクを要求駆動トルクに応じて適切に発生させることができ、エンジン１に蓄えられるイナーシャエネルギーの過不足が小さくなるので、クラッチ締結時の駆動力段差を小さくすることができる。
【００４７】
以上説明した実施形態に限定されることなく、その技術的思想の範囲内において種々の変形や変更が可能であり、それらも本発明と均等であることは明白である。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】ハイブリッド車のシステム構成例である。
【図２】本実施形態の制御フローチャートである。
【図３】モータ走行モードからエンジン走行モードへの移行時の動作説明図である。
【符号の説明】
【００４９】
１  エンジン
２  モータ（ＭＧ）
３  クラッチ
４  変速機（Ｔ／Ｍ）
５  モータ（ＭＧ）
６  バッテリ
７  インバータ
８  ディファレンシャルギア
９  駆動輪
１０  モータコントローラ（Ｍ／Ｃ）
１１  ハイブリッドコントロールモジュール（ＨＣＭ）
１２  エンジンコントロールモジュール（ＥＣＭ）
１３  バッテリコントローラ（Ｂ／Ｃ）
１４  変速機回転速度センサ
２０  ハイブリッド車両
【図１】
2005231585.tif 000003
【図２】
2005231585.tif 000004
【図３】
2005231585.tif 000005