(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンの出力軸と変速機の入力軸を断続するクラッチと、電動機と発電機を兼ねる回転電機と、回転電機の入出力軸と変速機の入力軸を連結する動力伝達機構と、回転電機に接続される蓄電装置と、を備える車両のハイブリッドシステムにおいて、蓄電装置への充電が必要となり、エンジンが運転状態の停車時にクラッチの接続要求が発生すると、変速機のニュートラルセットからクラッチが接続に至るまでの間、エンジンの回転速度を目標値に回転電機の回転速度を制御する手段と、目標値と回転電機の回転速度との回転差が所定範囲に収束するとクラッチの接続を制御する手段と、を備えることを特徴とする車両のハイブリッドシステム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、車両の動力源にエンジンと回転電機（モータジェネレータ）を備える車両のハイブリッドシステムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
車両のハイブリッドシステムとして、エンジンの出力軸と変速機の入力軸を断続するクラッチと、電動機と発電機を兼ねる回転電機と、回転電機の入出力軸と変速機の入力軸を連結する動力伝達機構と、回転電機から供給される電力を蓄える蓄電要素と、を備えたものがある（特願2000-315757号、参照）。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
このようなハイブリッドシステムにおいては、車両の機敏な発進を確保するため、エンジンが運転状態かつ変速機がギヤセットかクラッチが切断の停車状態に維持するように制御される。このような条件の停車状態において、回転電機の発電制御が必要となり、クラッチの接続要求が発生すると、変速機のニュートラルセット後にクラッチを接続することになる。その際、回転電機は停止状態であり、動力伝達機構と共に相当の慣性質量を備えるので、クラッチの接続に大きなショック（車両振動など）を発生させかねない。
【０００４】
この発明は、このような課題を対応する有効な解決手段の提供を目的とするものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
第１の発明は、エンジンの出力軸と変速機の入力軸を断続するクラッチと、電動機と発電機を兼ねる回転電機と、回転電機の入出力軸と変速機の入力軸を連結する動力伝達機構と、回転電機に接続される蓄電装置と、を備える車両のハイブリッドシステムにおいて、蓄電装置への充電が必要となり、エンジンが運転状態の停車時にクラッチの接続要求が発生すると、変速機のニュートラルセットからクラッチが接続に至るまでの間、エンジンの回転速度を目標値に回転電機の回転速度を制御する手段と、目標値と回転電機の回転速度との回転差が所定範囲に収束するとクラッチの接続を制御する手段と、を備える。
【０００７】
【発明の効果】
第１の発明においては、エンジンが運転状態の停車時にクラッチの接続要求が発生すると、変速機のニュートラルセットにより、エンジンの回転速度を目標値に回転電機の回転速度が制御され、回転電機の回転速度とエンジンの回転速度との回転差が所定範囲に収束すると、クラッチが接続するように制御される。そのため、クラッチの接続に大きなショックの発生を防止できることになる。
【０００８】
クラッチの接続が完了すると、変速機がニュートラルの停車状態において、回転電機の発電制御により、蓄電装置への充電が可能となり、回転電機の出力のみに基づく車両の発進を確保できるようになる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
図１において、１はエンジン、２は歯車式の変速機であり、これらの間に摩擦クラッチ３が介装される。エンジン１は、ディーゼルエンジン（または圧縮天然ガスを燃料とするCNGエンジン）が採用される。４は回転電機（モータジェネレータ）であり、その入出力軸は動力伝達機構５（ギヤボックス）を介して変速機２の入力軸に連結される。
【００１０】
変速機２には、そのギヤシフトを制御するコントロールユニット６（FCT-ECU）が備えられる。コントロールユニット６は、ハイブリッド制御ユニット１０（ハイブリッドECU）に接続され、運転室のチェンジレバー装置７からの変速要求に基づくハイブリッドECU１０の命令に従ってギヤシフトを制御する。
【００１１】
クラッチ３には、これを断続するクラッチアクチュエータ８（クラッチブースタ）が備えられる。クラッチアクチュエータ８は、運転者のペダル操作またはハイブリッドECU１０の要求に応じてエンジン１から変速機２およびギヤボックス５への動力の伝達を断続する。
【００１２】
回転電機４は、高効率および小形軽量化の面から、永久磁石型同期電動機（ＩＰＭ同期モータ）が使用され、図外の蓄電装置にインバータを介して接続される。蓄電装置には、ブレーキエネルギを短時間で無駄なく高効率に回生するため、車両の電池許容質量に対して必要な出力密度を確保しやすい、電気二重層キャパシタが使用される。
【００１３】
インバータは、ハイブリッドECU１０の要求に応じて回転電機４を電動モードまたは発電モードに制御する。電動モードにおいては、蓄電装置の充電電力（直流電力）を交流電力に変換して回転電機４を駆動する一方、発電モードにおいては、回転電機４の発電電力（交流電力）を直流電力に変換して蓄電装置を充電する。
【００１４】
ハイブリッドECU１０は、クラッチ３のストロークを検出するクラッチストロークセンサ１４、エンジンの回転速度（クランクシャフト回転速度）を検出するエンジン回転センサ１６、アクセルペダル１２の踏み量からアクセル開度（要求駆動力）を検出するアクセル開度センサ１３、クラッチペダル２３の開放（初期位置）および踏込み（作動位置）を検出するペダルスイッチ１４ａ，１４ｂ、変速機２の出力側の回転速度（プロペラシャフト回転速度）を検出するPS回転センサ１８（車速センサ）、変速機２の入力側の回転速度（カウンタシャフト回転速度）を検出するCP回転センサ１９、等が備えられる。
【００１５】
これらの検出信号および蓄電装置のSOC（State Of Chage）を含む各種情報（回転電機４のインバータ，変速機２のコントロールユニット６、等から得られる）に基づいて、ハイブリッドECU１０は、エンジンの燃料供給装置，各輪のブレーキ装置（図示せず），クラッチアクチュエータ８，回転電機４のインバータ、を制御する一方、変速機２のコントロールユニット６への命令（目標ギヤ信号，ギヤ抜きのタイミング信号，ギヤ入れのタイミング信号、など）、を送信する。
【００１６】
図２は、蓄電装置のSOCをパラメータに回転電機４の出力とエンジン１の出力との分担比を設定する制御マップであり、ハイブリッドECU１０に格納される。ハイブリッドECU１０は、制御マップから蓄電装置のSOC情報に応じた出力分担比を求め、この分担比と要求駆動力（アクセル操作量）に基づいて、回転電機４の出力およびエンジン１の出力を制御する。つまり、回転電機４が分担出力を発生するようにインバータを制御する一方、エンジン１が分担出力を発生するように燃料供給装置を制御するのである。
【００１７】
回転電機４の出力分担比＝１（エンジン１の出力分担比＝０）の場合、クラッチ３を切断した状態において、アクセル操作量に相当する出力が回転電機４から得られるようにインバータを制御する。回転電機４の出力分担比＜１（エンジン１の出力分担比＞０）の場合、クラッチ３を接続した状態において、蓄電装置のSOCの低下に連れて回転電機４の分担出力が小さくなり、それに応じてエンジン１の分担出力が大きくなるようにエンジン１の燃料供給装置およびインバータを制御する。エンジン１の出力分担比が＝１（回転電機の出力分担比＝０）の場合、アクセル操作量に相当する出力がエンジン１から得られるようにエンジン１の燃料供給量を制御する。
【００１８】
ハイブリッドECU１０は、ブレーキペダルの踏み量（要求制動力）に基づいて、蓄電装置への充電が可能な限り、クラッチ３を切断した状態において、後輪の配分制動力（要求制動力×制動力配分比）に相当する回生制動力が回転電機４から得られるようにインバータを制御する一方、前輪の配分制動力を発生させるのに加え、後輪の配分制動力を回生制動力で賄い切れない場合、その不足分の制動力を後輪に発生させるように各輪のブレーキ装置を制御する。また、蓄電装置のSOC情報から、発電の必要を判定すると、クラッチ３の接続状態において、エンジン１の出力に余裕がある場合、回転電機４の発電により、蓄電装置を充電するようにインバータを制御する。
【００１９】
図１において、２０は中継シリンダであり、その内部にその軸方向へ摺動可能な２つのピストン２０ａ，２０ｂが収装され、これらの互いに向き合う受圧面で仕切られる液圧室Ａと、ピストンの液圧室Ａと反対側の受圧面で仕切られる液圧室Ｂと、ピストンの液圧室Ａと反対側の受圧面に仕切られる液圧室Ｃと、を備える。
【００２０】
液圧室Ａの油圧を給排するのが自動制御回路２１、液圧室Ｂの油圧を駆動力にクラッチを断続するのがクラッチブースタ８（クラッチアクチュエータ）であり、クラッチペダル２３に連動するマスタシリンダ２４を含む手動制御回路２５が液圧室Ｃに接続される。
【００２１】
自動制御回路２１は、リザーバ２６と液圧室Ａとの間において、クラッチ切断用の油圧ポンプ２７と、クラッチ緩接続用の電磁弁２８と、クラッチ急接続用の電磁弁２９と、が並列に介装される。電磁弁２８，２９の閉弁状態において、油圧ポンプ２７が駆動すると、リザーバ２６の油が加圧され、液圧室Ａへ送り込まれる。油圧ポンプ２７から液圧室Ａへの油圧は、油圧ポンプ２７の停止により封じ込められる。このポンプの停止状態において、電磁弁２８または２９が開弁すると、液圧室Ａの油圧が電磁弁２８または２９を介してリザーバ２６側へ開放（排出）されるのである。
【００２２】
中継シリンダ２０は、図示の状態において、油圧ポンプ２７から液圧室Ａに油圧の供給を受けると、ピストン２０ａの往動により、液圧室Ｂが収縮され、その油圧をクラッチブースタ８へ供給する。油圧ポンプ２７の停止状態において、液圧室Ａの油圧が電磁弁２８または２９を介して開放されると、ピストン２０ａの復動により、液圧室Ｂがクラッチブースタ８からの油圧を受け入れながら拡張する。
【００２３】
ハイブリッドECU１０は、クラッチ３の切断が必要になると、電磁弁２８，２９の閉弁状態において、油圧ポンプ２７を駆動する。クラッチブースタ８の伸張により、クラッチ３が切断されると、クラッチ３を切断状態に保持するよう、油圧ポンプ２７を停止させる。その一方、クラッチ３の接続が必要になると、油圧ポンプ２７を停止状態に維持しつつ、要求されるクラッチのストローク特性に応じて電磁弁２８、２９の開弁を選択的に制御する。クラッチ３の急接続が必要なときは、電磁弁２８を開弁する一方、クラッチ３の緩接続が必要なときは、電磁弁２９を開弁する。クラッチブースタ８の収縮により、クラッチ３が接続されると、電磁弁２８または２９を閉弁状態に切り替える。
【００２４】
クラッチ３の接続状態において、クラッチペダル２３が踏み込まれると、マスタシリンダ２４から液圧室Ｃへ油圧が供給される。中継シリンダ２０は、図示の状態において、ピストン２０ｂ，２０ａの往動により、液圧室Ｂが収縮され、クラッチブースタ８へ油圧を供給する。クラッチペダル２３が戻されると、その分の油圧が液圧室Ｃからマスタシリンダ２３へ戻され、ピストン２０ａ，２０ｂの復動により、液圧室Ｂがクラッチブースタ８からの油圧を受け入れながら拡張する。つまり、手動制御回路２５により、クラッチペダル２３の踏み量に応じたクラッチ３の断続が行えるのである。
【００２５】
自動制御回路２１の働きに基づく、クラッチ３の切断状態においては、中継シリンダ２０の液圧室Ａに油圧が封じ込められ、クラッチペダル２３が踏み込めないことになる。そのため、ハイブリッドECU１０にペダルスイッチ１４ａがOFFすると、再びONするまでの間、自動制御回路２１の電磁弁２９を開弁状態に保持する機能（クラッチリリース）が設定される。クラッチペダル２３の初期位置とマスタシリンダ２４の初期位置との間に遊びが設けられ、ペダルスイッチ１４ａは、クラッチペダル２３の初期位置でONする一方、クラッチペダル２３が初期位置から踏まれるとOFFするように配置される。
【００２６】
図３は、エンジンが運転状態の停車時における、クラッチ３の接続制御に係るブロック構成を表すものである。なお、停車時は、車両の機敏な発進を確保するため、エンジン１がアイドル制御かつ変速機２がギヤセットかつクラッチ３が切断に制御される。
【００２７】
ハイブリッドECU１０は、回転電機４の回転制御手段１０ａ（モータ回転制御手段）と、電磁弁２８（または電磁弁２９）を制御対象とするクラッチ接続手段１０ｂと、クラッチ接続条件判定手段１０ｃと、回転電機４の目標回転を算出する手段１０ｄ（目標モータ回転算出手段）と、回転数（回転差）判定手段１０ｆと、回転電機４の回転速度を検出する手段（図示せず）と、が備えられる。
【００２８】
クラッチ接続条件判定手段１０ｃは、クラッチストロークセンサ１４の検出信号（クラッチストローク信号）と、蓄電装置のSOCに基づくクラッチクローズリクエスト信号と、シフト位置センサの検出信号（ギヤポジション信号）と、PS回転センサの検出信号（車速信号）と、エンジン回転センサの検出信号（エンジン回転速度信号）と、からクラッチ３が切断かつ変速機２がニュートラルかつエンジン１が運転（アイドル制御）状態の停車時において、クラッチクロースリクエスト信号が発生すると、クラッチ接続条件の成立を判定する。
【００２９】
目標モータ算出手段１０ｄは、クラッチ接続条件の成立時にエンジン回転速度の検出信号とギヤボックス５のギヤ比とから回転電機４の目標回転速度を求め、モータ回転制御手段１０ａがその目標回転速度に回転電機４の回転速度を制御する。
【００３０】
回転数判定手段１０ｆは、エンジン１の回転速度（検出信号）および回転電機４の回転速度（検出信号）に基づいて、これらの回転差が所定範囲に収束すると、クラッチ３の接続指令およびリセット信号（回転電機４の回転制御を通常のトルク制御に切り替えるための制御指令）を出力する。
【００３１】
クラッチ接続手段１０ｂは、クラッチ３の接続指令を受けると、クラッチ３が所定のストローク特性で接続するように電磁弁２８（または電磁弁２９）を制御する。モータ回転制御手段１０ａは、リセット信号を受けると、回転電機４の回転制御を停止する。
【００３２】
図４は、エンジン１が運転状態の停車時における、クラッチ３の接続制御を説明するフローチャートであり、S1においては、エンジン回転センサ１６の検出信号およびPS回転センサ１８の検出信号からエンジン１がアイドル制御の停車状態かどうかを判定する。S2においては、クラッチクローズリクエスト（つまり、蓄電装置のSOCから回転電機４の発電制御が必要）かどうかを判定する。S3においては、クラッチストロークセンサ１４の検出信号からクラッチストロークがクラッチ接続判断の基準ストローク値以下でないかどうかを判定する。S4においては、シフト位置センサの検出信号から変速機２がニュートラルかどうかを判定する。
【００３３】
S1の判定がyesかつS2の判定がyesかつS3の判定がyesかつS4の判定がyesのときは、S5へ進む一方、S1の判定〜S4の判定の少なくとも１つがnoのときは、RETURNへ抜ける。
【００３４】
S5においては、自動制御に基づくクラッチ接続条件の成立を確定する。S6においては、回転電機４の目標回転速度（エンジンのアイドル回転相当値となる）を求め、回転電機４の回転制御を開始する。S7においては、回転電機４の検出回転＝目標回転速度（アイドル回転相当値）かどうかを判定する。S7の判定がyesのときは、S8へ進む一方、S7の判定がnoのときは、RETURNへ抜ける。S8においては、クラッチ３の接続を制御するのである。
【００３５】
このような制御により、図５のようにエンジン１がアイドル制御かつクラッチ３が切断かつ変速機がギヤセット（たとえば、３速）の停車状態において、蓄電装置の充電要求により、クラッチクローズリクエスト信号が発生すると、変速機２がニュートラルにセット（ギヤ抜き）され、その完了時からエンジン１の回転速度を目標回転速度に回転電機４の回転速度が制御される。回転電機４の回転速度が目標回転速度へ上がり、エンジン１の回転速度との回転差が所定範囲（図４においては、回転電機４の回転速度＝エンジン１のアイドル回転相当値）に収束すると、クラッチ３が接続するように制御される。
【００３６】
クラッチ３は、前後の回転差の殆ど無い状態で接続されるため、その接続に伴うショックの発生が防止できるのである。また、電磁弁２８の作動による、クラッチ３の急接続も可能となる。クラッチ３の接続後は、回転電機４の回転制御が停止され、通常のトルク制御に基づいて、回転電機４は発電運転されることになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施形態を表すシステム概要図である。
【図２】同じく制御内容を説明する特性図である。
【図３】同じく制御系の一部を表すブロック構成図である。
【図４】同じくハイブリッドECUの制御内容を説明するフローチャートである。
【図５】同じくハイブリッドECUの制御内容を説明するタイミングチャートである。
【符号の説明】
１  エンジン
２  変速機
３  クラッチ
４  回転電機
５  ギヤボックス
６  変速機のコントロールユニット
７  チェンジレバー装置
８  クラッチアクチュエータ
１０  ハイブリッドECU
１０ａ  モータ回転制御手段
１０ｂ  クラッチ接続手段
１０ｃ  クラッチ接続条件判定手段
１０ｄ  目標モータ回転算出手段
１０ｆ  回転数判定手段
１３  アクセル開度センサ
１４  クラッチストロークセンサ
１４ａ，１４ｂ  ペダルスイッチ
１６  エンジン回転センサ
１８  PS回転センサ（車速センサ）
１９  CS回転センサ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
0003753671.tif 000005
【図５】
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