JP2007246011A

JP2007246011A - ハイブリッド電気自動車の制御装置

Info

Publication number: JP2007246011A
Application number: JP2006074671A
Authority: JP
Inventors: Makoto Ogata; 誠緒方; Tatsuo Kiuchi; 達雄木内
Original assignee: Mitsubishi Fuso Truck and Bus Corp
Current assignee: Mitsubishi Fuso Truck and Bus Corp
Priority date: 2006-03-17
Filing date: 2006-03-17
Publication date: 2007-09-27
Also published as: CN101038031A; KR20070094534A; DE102007011411A1; US20070219045A1; KR100843445B1

Abstract

【課題】電動機出力システムに故障が発生した場合にも良好な発進加速を行うことができるようにしたハイブリッド電気自動車の制御装置を提供する。
【解決手段】エンジン２に駆動力を発生させて出力するエンジン出力システムと、電動機６に駆動力を発生させて出力する電動機出力システムとを備え、それぞれのシステムから出力された駆動力を駆動輪１６に伝達可能であって、電動機出力システムの故障が検出されない場合には車両発進開始時における自動変速機８の変速段を第１変速段とする一方、上記故障が検出された場合には車両発進開始時における自動変速機８の変速段を第１変速段より低速側の第２変速段とする。
【選択図】図２

Description

本発明はハイブリッド電気自動車の制御装置に関し、特にエンジンの駆動力と電動機の駆動力とがそれぞれ車両の駆動輪に伝達可能なハイブリッド電気自動車の制御装置に関する。

従来より、エンジンと電動機とを車両に搭載し、エンジンに駆動力を発生させて出力するエンジン出力システムと、電動機に駆動力を発生させて出力する電動機出力システムとを備え、両システムから出力される駆動力を車両の駆動輪に伝達可能とした、いわゆるパラレル型ハイブリッド電気自動車が開発され実用化されている。
このようなパラレル型ハイブリッド電気自動車として、エンジンと自動変速機とを機械的に断接するクラッチを設け、このクラッチの出力軸と自動変速機の入力軸との間に電動機の回転軸を連結したものが、例えば特許文献１によって提案されている。

特許文献１に示されるようなハイブリッド電気自動車においては、車両発進時にはクラッチを切断してバッテリからの電力供給により電動機をモータ作動させ、電動機の駆動力のみで車両を発進させる一方、発進後の車両走行時にはクラッチを接続してエンジンの駆動力と電動機の駆動力とが変速機を介して駆動輪に伝達可能となる。
このようにしてエンジンの駆動力及び電動機の駆動力を併用して車両を走行させることが可能なときには、車両の走行に必要なトルクをエンジンと電動機とに適切に配分し、配分されたトルクに応じて出力されるエンジンの駆動力とモータ作動する電動機の駆動力とを変速機を介して駆動輪に伝達することにより車両の走行を行う。また、このとき車両の走行状態に応じて適宜自動変速機の変速段及びクラッチの断接状態が制御される。

また、特許文献１のハイブリッド電気自動車とは電動機の配置が異なるものの、エンジンの駆動力と電動機の駆動力とが駆動輪に伝達可能なハイブリッド電気自動車において、電動機から発生可能な出力に応じて車両発進時の変速段を変更するようにしたものが特許文献２によって提案されている。
特許文献２のハイブリッド電気自動車では、電動機から発生可能な出力が大きいときには、小さいときよりも高速側の変速段で車両の発進を行うことにより、エンジンの燃費を改善すると共に、発進加速時の運転フィーリングを向上するようにしている。
特開平５−１７６４０５号公報特開２００３−２６９５９７号公報

このようにエンジン及び電動機の駆動力を車両の駆動輪に伝達可能なハイブリッド電気自動車において、電動機出力システムを構成する電動機やインバータ或いはバッテリなどに故障が発生した場合には、バッテリから電動機への電力供給を遮断し、エンジン出力システムが出力するエンジンの駆動力のみで車両の走行を行うことが考えられる。
しかしながら、この場合には電動機出力システムから出力される電動機の駆動力を利用することができないため、駆動輪に伝達される駆動力が不足して、車両を適正に発進加速することができないという問題がある。

本発明はこのような課題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、電動機出力システムに故障が発生した場合にも良好な発進加速を行うことができるようにしたハイブリッド電気自動車の制御装置を提供することにある。

上記目的を達成するため、本発明のハイブリッド電気自動車の制御装置は、エンジンに駆動力を発生させて上記エンジンの駆動力を出力するエンジン出力システムと、電動機に駆動力を発生させて上記電動機の駆動力を出力する電動機出力システムとを備え、それぞれのシステムから出力された駆動力が車両の駆動輪に伝達可能なハイブリッド電気自動車の制御装置において、複数の前進変速段を有し、上記エンジン出力システムから出力される上記エンジンの駆動力を上記駆動輪に伝達する自動変速機と、上記電動機出力システムの故障を検出する故障検出手段と、上記故障検出手段によって上記故障が検出されない場合には、車両発進開始時における上記自動変速機の変速段を第１変速段とする一方、上記故障検出手段によって上記故障が検出された場合には、車両発進開始時における上記自動変速機の変速段を上記第１変速段より低速側の第２変速段とする制御手段とを備えたことを特徴とする（請求項１）。

このように構成されたハイブリッド電気自動車の制御装置によれば、車両の発進時に故障検出手段によって電動機出力システムの故障が検出されない場合には、自動変速機の変速段が第１変速段とされて車両の発進が開始される。また、車両の発進時に故障検出手段によって上記故障が検出された場合には、自動変速機の変速段が上記第１変速段よりも低速側の第２変速段とされて車両の発進が開始される。

また、上記ハイブリッド電気自動車の制御装置において、上記制御手段は、上記故障検出手段によって上記故障が検出された場合と、上記故障検出手段によって上記故障が検出されない場合とで、上記自動変速機の変速段を上記車両の運転状態の変化に応じて制御するための変速マップを切り換えることにより上記車両発進開始時の上記自動変速機の変速段を変更することを特徴とする（請求項２）。

このように構成されたハイブリッド電気自動車の制御装置によれば、自動変速機の変速マップが切り換えられることにより、電動機出力システムの故障が検出された場合には自動変速機の変速段が第１変速段とされて車両の発進が開始され、電動機出力システムの故障が検出されない場合には自動変速機の変速段が第２変速段とされて車両の発進が開始される。

更に、上記ハイブリッド電気自動車の制御装置において、上記故障検出手段によって上記電動機出力システムの故障が検出されたときの変速マップは、上記故障検出手段によって上記電動機出力システムの故障が検出されないときの変速マップと比較して、上記車両の運転状態の変化に応じたダウンシフトが早めに行われると共に、上記車両の運転状態の変化に応じたアップシフトが遅めに行われるように設定されていることを特徴とする（請求項３）。

このように構成されたハイブリッド電気自動車の制御装置によれば、電動機出力システムに故障が検出された場合には、電動機出力システムに故障が検出されないときに比べ、車両の運転状態の変化に応じた自動変速機のダウンシフトが早めに行われると共に、アップシフトが遅めに行われる。

本発明のハイブリッド電気自動車の制御装置によれば、車両の発進時に電動機出力システムの故障が検出された場合には、故障が検出されない場合の第１変速段よりも低速側の第２変速段とされて車両の発進が開始されるようにしたので、電動機出力システムに故障が発生して電動機の駆動力を駆動輪に伝達することができなくても車両の発進に必要な駆動力を確保することができ、車両発進時の駆動力不足による運転性能及び運転フィーリングの低下を防止することができる。

また、車両の発進時に故障が検出されない場合には、自動変速機の変速段が第２変速段より高速側の第１変速段とされて車両の発進が開始されるので、電動機出力システムから出力される電動機の駆動力によってスムーズな発進が可能となる上、車両の加速時における変速機のシフトアップ回数を減らすことによりスムーズな加速が可能となる。
また、請求項２のハイブリッド電気自動車の制御装置によれば、自動変速機の変速マップが切り換えられることにより、電動機出力システムの故障が検出された場合と故障が検出されない場合とで車両発進時の変速段を変更するようにしたので、車両発進時以外の状況においても、電動機出力システムの故障が検出された場合と故障が検出されない場合とで自動変速機の変速段の切換制御を変更することが可能となる。従って、電動機出力システムの故障が検出された場合であっても駆動輪に適切な駆動力が伝達されるように自動変速機の変速段を切り換えることが可能となり、車両発進時以外の状況においても駆動力不足による運転性能及び運転フィーリングの低下を防止することができる。

更に、請求項３のハイブリッド電気自動車の制御装置によれば、電動機出力システムの故障が検出された場合には、電動機出力システムの故障が検出されない場合に比べ、車両の運転状態の変化に応じた自動変速機のダウンシフトが早めに行われると共に、アップシフトが遅めに行われるので、電動機出力システムの故障によって電動機の駆動力が得られない状態であっても、車両の駆動に必要な駆動力を確保することが可能となり、良好な走行性能を維持して駆動力不足による運転フィーリングの低下を防止することができる。

また、車両の減速時においても、電動機出力システムの故障が検出された場合には、車両の運転状態の変化に応じて自動変速機のダウンシフトが早めに行われるので、電動機出力システムから制動力を得ることができなくても、早めにダウンシフトされた変速段を介して得られるエンジン出力システムの制動力により、車両を適正に減速させることができる。

更に、電動機出力システムの故障が検出されない場合には、エンジン出力システムから出力されるエンジンの駆動力に電動機出力システムから出力される電動機の駆動力を併用することができるため、電動機を搭載せずにエンジンのみを駆動源とする車両の自動変速機と比較して早めにシフトアップを行うことが可能となる。この結果、エンジン出力システムと電動機出力システムとを併用して車両の駆動を行った場合には、車両の駆動に必要な駆動力を得ながらエンジンの燃費を向上させることができる。

図１は本発明の一実施形態であるハイブリッド電気自動車１の制御装置の要部構成図である。ディーゼルエンジン（以下エンジンという）２の出力軸にはクラッチ４の入力軸が連結されており、クラッチ４の出力軸は永久磁石式同期電動機（以下電動機という）６の回転軸を介して前進変速段（以下では単に変速段という）が５段の自動変速機（以下変速機という）８の入力軸が連結されている。また、変速機８の出力軸はプロペラシャフト１０、差動装置１２及び駆動軸１４を介して左右の駆動輪１６に接続されている。

従って、クラッチ４が接続されているときには、エンジン２の出力軸と電動機６の回転軸の両方が、変速機８を介して駆動輪１６と機械的に接続可能となり、クラッチ４が切断されているときには電動機６の回転軸のみが変速機８を介して駆動輪１６と機械的に接続可能となる。
電動機６は、バッテリ１８に蓄えられた直流電力がインバータ２０によって交流電力に変換されて供給されることによりモータとして作動し、その駆動トルクが変速機８によって適切な速度に変速された後に駆動輪１６に伝達されるようになっている。また、車両減速時には、電動機６が発電機として作動し、駆動輪１６の回転による運動エネルギが変速機８を介し電動機６に伝達されて交流電力に変換されることにより回生制動トルクを発生する。そして、この交流電力はインバータ２０によって直流電力に変換された後、バッテリ１８に充電され、駆動輪１６の回転による運動エネルギが電気エネルギとして回収される。

一方、エンジン２の駆動トルクは、クラッチ４が接続されているときに電動機６の回転軸を経由して変速機８に伝達され、適切な速度に変速された後に駆動輪１６に伝達されるようになっている。従って、エンジン２の駆動トルクが駆動輪１６に伝達されているときに電動機６がモータとして作動する場合には、エンジン２の駆動トルクと電動機６の駆動トルクとがそれぞれ変速機８を介して駆動輪１６に伝達されることになる。即ち、車両の駆動のために駆動輪１６に伝達されるべき駆動トルクの一部がエンジン２から供給されると共に、残部が電動機６から供給される。

また、バッテリ１８の充電率（以下ＳＯＣという）が低下してバッテリ１８を充電する必要があるときには、電動機６が発電機として作動すると共に、エンジン２の駆動力の一部を用いて電動機６を駆動することにより発電が行われ、発電された交流電力をインバータ２０によって直流電力に変換した後にバッテリ１８に充電するようにしている。
車両ＥＣＵ２２（制御手段）は、車両やエンジン２の運転状態、及びエンジンＥＣＵ２４、インバータＥＣＵ２６並びにバッテリＥＣＵ２８からの情報などに応じて、クラッチ４の接続・切断制御及び変速機８の変速段切換制御を行うと共に、これらの制御状態や車両の発進、加速、減速など様々な運転状態に合わせてエンジン２や電動機６を適切に運転するための統合制御を行う。

そして車両ＥＣＵ２２は、このような制御を行う際に、アクセルペダル３０の踏込量を検出するアクセル開度センサ３２や、車両の走行速度を検出する車速センサ３４及び電動機６の回転数を検出する回転数センサ３６の検出結果に基づき、車両の走行に必要な総駆動トルク並びに車両の減速時に必要な総減速トルクを演算し、これら総駆動トルク及び総減速トルクから、エンジン２が発生するトルク及び電動機６が発生するトルクを設定している。

エンジンＥＣＵ２４は、エンジン２の始動・停止制御やアイドル制御、或いは排ガス浄化装置（図示せず）の再生制御など、エンジン２自体の運転に必要な各種制御を行うと共に、車両ＥＣＵ２２によって設定されたエンジン２に必要とされるトルクをエンジン２が発生するよう、エンジン２の燃料の噴射量や噴射時期などを制御する。
一方、インバータＥＣＵ２６は、車両ＥＣＵ２２によって設定された電動機６が発生すべきトルクに基づきインバータ２０を制御することにより、電動機６をモータ作動または発電機作動させて運転制御する。また、電動機６やインバータ２０の温度を検出する温度センサ（図示せず）からの出力信号を受けて、電動機６の温度を車両ＥＣＵ２２に送るほか、電動機６やインバータ２０の作動状態を監視して、その情報を車両ＥＣＵ２２に送っている。

バッテリＥＣＵ２８は、バッテリ１８の温度や、バッテリ１８の電圧、インバータ２０とバッテリ１８との間に流れる電流などを検出すると共に、これらの検出結果からバッテリ１８のＳＯＣを求めると共に、バッテリ１８の作動状態を監視している。そして、求めたＳＯＣやバッテリ１８の作動状態を上記検出結果と共に車両ＥＣＵ２２に送っている。
ハイブリッド電気自動車１は以上のように構成されており、エンジン２及びエンジンＥＣＵ２４がエンジン出力システムを構成し、電動機６、バッテリ１８、インバータ２０、インバータＥＣＵ２６、及びバッテリＥＣＵ２８が電動機出力システムを構成している。

このように構成されたハイブリッド電気自動車１において、車両を走行させるために車両ＥＣＵ２２を中心として行われる制御の概要は以下の通りである。
まず、車両が停車状態にあってエンジン２が停止しており、チェンジレバー（図示せず）がニュートラル位置にあるときに運転者がスタータスイッチ（図示せず）によってエンジン２を始動する操作を行うと、車両ＥＣＵ２２は変速機８がニュートラル位置となって電動機６と駆動輪１６との機械的な接続が遮断されていると共にクラッチ４が接続されていることを確認した後、インバータＥＣＵ２６に対してエンジン２の始動に必要な電動機６の駆動トルクを指示すると共に、エンジンＥＣＵ２４にエンジン２を運転するよう指示する。

インバータＥＣＵ２６は車両ＥＣＵ２２からの指示に基づき、電動機６をモータ作動させて駆動トルクを発生させ、エンジン２をクランキングし、エンジンＥＣＵ２４がエンジン２への燃料の供給を開始することによりエンジン２が始動してアイドル運転を行う。
この状態で、運転者がチェンジレバーをドライブ位置などに操作すると、車両ＥＣＵ２２はクラッチ４を切断すると共に変速機８の変速段を変速マップに従って発進開始時の変速段とする。そして、運転者がアクセルペダル３０を踏み込むと、車両ＥＣＵ２２はアクセル開度センサ３２によって検出されたアクセルペダル３０の踏込量に応じ、車両を発進させるために駆動輪１６に伝達すべき駆動トルクを求め、この駆動トルクと変速機８で使用中の変速段とに基づき電動機６の出力トルクを設定する。

インバータＥＣＵ２６は、車両ＥＣＵ２２が設定した電動機６の出力トルクに応じてインバータ２０を制御し、バッテリ１８の直流電力がインバータ２０によって交流電力に変換されて電動機６に供給される。電動機６は交流電力が供給されることによってモータ作動して駆動力を発生し、電動機６の駆動力は変速機８を介して駆動輪１６に伝達され、車両が発進する。

車両が発進加速して電動機６の回転数がエンジン２のアイドル回転数の近傍まで上昇すると、クラッチ４を接続してエンジン２の駆動力を駆動輪に伝達することが可能となり、車両ＥＣＵ２２は更なる車両の加速及びその後の走行のために、駆動輪１６に伝達すべき駆動トルクを求める。そして、この駆動トルクを変速機８で使用中の変速段や車両の運転状態等に応じてエンジン２の出力トルクと電動機６の出力トルクとに適切に振り分け、エンジンＥＣＵ２４やインバータＥＣＵ２６に指示すると共に、必要に応じて変速機８やクラッチ４を制御する。

エンジンＥＣＵ２４及びインバータＥＣＵ２６は、車両ＥＣＵ２２が設定した出力トルクを受けてエンジン２及び電動機６をそれぞれ制御し、クラッチ４が接続されているときにはエンジン２及び電動機６の出力トルクが変速機８を介して駆動輪１６に伝達される一方、クラッチ４が切断されているときには電動機６が発生した出力トルクが変速機８を介して駆動輪１６に伝達され車両が走行する。

また、このとき車両ＥＣＵ２２は、アクセル開度センサ３２によって検出されたアクセルペダル３０の踏込量や車速センサ３４によって検出された走行速度などの車両の運転状態に応じ、変速機８の変速段を適宜切換制御すると共に、変速段の切り換えに合わせてエンジン２や電動機６のトルクを適切に制御するよう、エンジンＥＣＵ２４及びインバータＥＣＵ２６に対して指示すると共にクラッチ４の断接を制御している。

ところで、車両ＥＣＵ２２はインバータＥＣＵ２６及びバッテリＥＣＵ２８から送られてくる情報に基づき、電動機出力システムに故障が発生したか否かを監視している。電動機出力システムの故障としては、インバータ２０に用いられているインバータ回路（図示せず）の不具合や、バッテリ１８内のセルの不良などがあり、このような故障が電動機出力システムに発生した場合は、車両ＥＣＵ２２がバッテリ１８とインバータ２０との電気的な接続を遮断するようインバータＥＣＵ２６に指示する。インバータＥＣＵ２６は、この指示に従ってインバータ２０を制御し、バッテリ１８とインバータ２０との電気的な接続を遮断する。

このようにしてバッテリ１８とインバータ２０との電気的な接続が遮断されることにより、電動機６はモータ及び発電機のいずれとしても作動せず、クラッチ４が接続されているときにはエンジン２の駆動力によってエンジン２と共に回転する。
電動機６が作動しなくなることにより、電動機出力システムからの駆動力を駆動輪１６に伝達することができなくなるが、このような場合であっても駆動輪１６に必要な駆動力が伝達されるようにするため、車両ＥＣＵ２２は車両の運転状態に応じた変速機８の変速段制御を行う際に使用する変速マップを、電動機出力システムの故障の有無に応じて切り換えている。

この車両ＥＣＵ２２による変速マップ切換制御は図２に示すフローチャートに従い所定の制御周期で行われる。
変速マップ切換制御が開始されると、ステップＳ１ではインバータＥＣＵ２６及びバッテリＥＣＵ２８からの情報に基づき、電動機出力システムに故障が発生したか否かを判定する（故障検出手段）。

ステップＳ１で電動機出力システムに故障が発生していない、即ち電動機出力システムが正常であると判定した場合にはステップＳ２に進んでシフトアップ用変速マップＳＵ１及びシフトダウン用変速マップＳＤ１を選択する一方、電動機出力システムに故障が発生たと判定した場合にはステップＳ３に進んでシフトアップ用変速マップＳＵ２及びシフトダウン用変速マップＳＤ２を選択し、その制御周期を終了する。

このようにしてステップＳ１の判定を制御周期毎に繰り返すことにより、電動機出力システムに故障が発生したか否かに応じて適宜シフトアップ用変速マップＳＵ１及びシフトダウン用変速マップＳＤ１の組合せ、又はシフトアップ用変速マップＳＵ２及びシフトダウン用変速マップＳＤ２の組合せを選択するようにしている。
これら変速マップは、いずれもアクセル開度センサ３２によって検出されたアクセルペダル３０の踏込量と車速センサ３４によって検出された走行速度とに応じて変速機８の変速段のシフトアップ及びシフトダウンを行う際に使用される。

図３は、これらの変速マップのうち、電動機出力システムが正常な場合に選択されるシフトアップ用変速マップＳＵ１を示しており、アクセルペダル３０の踏み込み量と走行速度とに応じて、２速から３速へのシフトアップ線（２→３）、３速から４速へのシフトアップ線（３→４）及び４速から５速へのシフトアップ線（４→５）が設定されている。
従って、車両運転状態の変化によりアクセルペダル３０の踏み込み量と走行速度とによって定まる点が２速から３速へのシフトアップ線を図の左方から右方へと横切ると、車両ＥＣＵ２２は変速機８の変速段を２速から３速へとシフトアップする。また、３速から４速へのシフトアップ線及び４速から５速へのシフトアップ線についても同様であり、アクセルペダル３０の踏み込み量と走行速度とによって定まる点が各シフトアップ線を図の左方から右方に横切ったときにそれぞれ対応するシフトアップが行われる。

なお、このシフトアップ用変速マップＳＵ１は、電動機６の出力トルクが併用されることから、電動機を搭載せずにエンジンのみを駆動源とする車両に適用される自動変速機の変速マップと比較して、シフトアップが早めに行われるような設定となっている。この結果、エンジン２と電動機６とを併用して車両の駆動を行った場合に、車両の駆動に必要な駆動力を得ながらエンジン２の燃費を向上させることができる。

また、図３に示すように、電動機出力システムが正常な場合には最低変速段が２速であって、車両の発進時には変速段を２速として車両の発進が開始される。従って、２速の変速段が本発明の第１変速段に相当する。
これに対し、図４は電動機出力システムに故障が検出された場合に選択されるシフトアップ用変速マップＳＵ２を示しており、アクセルペダル３０の踏み込み量と走行速度とに応じて、１速から２速へのシフトアップ線（１→２）、２速から３速へのシフトアップ線（２→３）、３速から４速へのシフトアップ線（３→４）及び４速から５速へのシフトアップ線（４→５）が図中に実線で示すようにして設定されている。

このマップを使用した場合にも、シフトアップ用変速マップＳＵ１の場合と同様にしてシフトアップが行われるが、図４に示すようにシフトアップ用変速マップＳＵ２には、シフトアップ用変速マップＳＵ１にはない１速から２速へのシフトアップ線が設定されている。即ち、電動機出力システムに故障が発生場合には最低変速段が１速となり、車両の発進時には変速段を１速として車両の発進が開始される。従って、１速の変速段が本発明の第２変速段に相当する。

また、図中にはシフトアップ用変速マップＳＵ１の各シフトアップ線を点線で示すが、これらシフトアップ線に対し、シフトアップ用変速マップＳＵ２の対応するシフトアップ線はいずれも、同じアクセルペダル３０の踏み込み量に対して、より高速側でシフトアップが行われるようになっている。即ち、シフトアップ用変速マップＳＵ２を用いた場合には、シフトアップ用変速マップＳＵ１を用いた場合よりも車両の運転状態の変化に応じたシフトアップが遅めに行われることになる。

図５は、電動機出力システムが正常な場合に選択されるシフトダウン用変速マップＳＤ１を示しており、アクセルペダル３０の踏み込み量と走行速度とに応じて、５速から４速へのシフトダウン線（４←５）、４速から３速へのシフトダウン線（３←４）及び３速から２速へのシフトダウン線（２←３）が設定されている。
従って、車両運転状態の変化によりアクセルペダル３０の踏み込み量と走行速度とによって定まる点が５速から４速へのシフトダウン線を図の右方から左方へと横切ると、車両ＥＣＵ２２は変速機８の変速段を５速から４速へとシフトダウンする。また、４速から３速へのシフトダウン線及び３速から２速へのシフトダウン線についても同様であり、アクセルペダル３０の踏み込み量と走行速度とによって定まる点が各シフトダウン線を図の右方から左方へ横切ったときにそれぞれ対応するシフトダウンが行われる。

また、電動機出力システムが正常な場合には、図５に示すように２速までしかシフトダウンが行われず、前述したとおり次の車両の発進時には変速段を２速として車両の発進が開始される。
これに対し、図６は電動機出力システムに故障が発生した場合に選択されるシフトダウン用変速マップＳＤ２を示しており、アクセルペダル３０の踏み込み量と走行速度とに応じて、５速から４速へのシフトダウン線（４←５）、４速から３速へのシフトダウン線（３←４）、３速から２速へのシフトダウン線（２←３）及び２速から１速へのシフトダウン線（１←２）が図中に実線で示すようにして設定されている。

このマップを使用した場合にも、シフトダウン用変速マップＳＤ１の場合と同様にしてシフトダウンが行われるが、図６に示すようにシフトダウン用変速マップＳＤ２には、シフトダウン用変速マップＳＤ１にはない２速から１速へのシフトダウン線が設定されている。従って、電動機出力システムに故障が発生した場合には、走行速度の低下に従って１速までシフトダウンが行われ、前述したとおり次の車両の発進時には変速段を１速として車両の発進が開始される。

また、図中にはシフトダウン用変速マップＳＤ１の各シフトダウン線を点線で示すが、これらシフトアップ線に対し、シフトダウン用変速マップＳＤ２の対応するシフトダウン線はいずれも、同じアクセルペダル３０の踏み込み量に対して、より高速側でシフトダウンが行われるようになっている。即ち、シフトダウン用変速マップＳＤ２を用いた場合には、シフトダウン用変速マップＳＤ１を用いた場合よりも車両の運転状態の変化に応じたシフトダウンが早めに行われることになる。

このように設定された各変速マップを選択して使用することにより、駆動輪１６への駆動力の伝達は次のようにして行われる。
電動機出力システムが正常であり、変速マップの切換制御によってシフトアップ用変速マップＳＵ１及びシフトダウン用変速マップＳＤ１が選択された場合には、前述のようにして運転者が車両の発進操作を行うと、車両ＥＣＵ２２はクラッチ４を切断すると共に、選択した変速マップに従って変速機８の変速段を２速とする。そして、車両ＥＣＵ２２がアクセルペダル３０の踏込量に応じて設定した駆動輪１６に伝達すべき駆動トルクから変速段が２速のときの電動機６の出力トルクを設定し、設定された電動機６の駆動トルクに従い、インバータＥＣＵ２６がインバータ２０を制御することにより、電動機６の駆動力が変速機８を介して駆動輪１６に伝達され、車両が発進する。

このように、電動機出力システムが正常な場合には、変速機８の変速段を２速として電動機６により車両を発進させるようにしたので、車両のスムーズな発進を可能とすることができる。
車両が発進加速して電動機６の回転数がエンジン２のアイドル回転数の近傍まで上昇すると、クラッチ４を接続してエンジン２の駆動力を駆動輪に伝達することが可能となり、車両ＥＣＵ２２は更なる車両の加速及びその後の走行のために、駆動輪１６に伝達すべき駆動トルクを決定する。そして、この駆動トルクから変速機８で使用中の変速段に応じてエンジン２及び電動機６から出力すべき要求トルクを求め、この要求トルクを車両の運転状態に応じてエンジン２側と電動機６側に適切に振り分ける。

また、このようにして車両が走行する際に、車両ＥＣＵ２２は選択したシフトアップ用変速マップＳＵ１及びシフトダウン用変速マップＳＤ１に基づき、アクセル開度センサ３２が検出したアクセルペダル３０の踏み込み量や車速センサ３４が検出した走行速度の変化に応じて変速機８の変速段をシフトアップしたりシフトダウンしたりすると共に必要に応じてクラッチ４を制御する。

即ち、アクセルペダル３０の踏み込み量と走行速度とによって定まる点が前述のように図３に示すシフトアップ用変速マップＳＵ１のシフトアップ線を横切るとシフトアップが行われ、図５に示すシフトダウン用変速マップＳＤ１のシフトダウン線を横切るとシフトダウンが行われる。
従って、車両が発進して加速した場合、走行速度の上昇に伴い変速機８の変速段は順次シフトアップされていくが、前述のように車両発進時の変速段が２速となっているため、発進時の変速段を１速とする場合よりも５速までのシフトアップ回数を減らしてスムーズな加速を行うことが可能となる。

一方、電動機出力システムに故障が検出され、変速マップ切換制御によりシフトアップ用変速マップＳＵ２及びシフトダウン用変速マップＳＤ２が選択された場合には、前述のようにして運転者が車両の発進操作を行うと、車両ＥＣＵ２２はクラッチ４を切断すると共に、選択した変速マップに従って変速機８の変速段を１速とする。
また、このときには電動機６が作動しないため、車両ＥＣＵ２２は、エンジン２からアクセルペダル３０の踏込量に対応したトルクを出力するようにエンジンＥＣＵ２４に指示すると共に、クラッチ４を半クラッチ制御する。エンジンＥＣＵ２４は車両ＥＣＵ２２からの指示を受けて、アクセル開度センサ３２によって検出されたアクセルペダル３０の踏み込み量とエンジン２の回転数とに応じたトルクを出力するようにエンジン２を制御し、半クラッチ状態のクラッチ４を介してエンジン２の駆動力が変速機８を介して駆動輪１６に伝達されることにより車両が発進する。

電動機６から駆動輪１６には駆動力が伝達されないものの、このとき変速機８で使用される変速段は１速であるため、駆動輪１６には車両の発進に必要な駆動力を伝達することが可能となり、車両発進時の駆動力不足による運転性能及び運転フィーリングの低下を防止することができる。
車両が発進加速して電動機６の回転数がエンジン２のアイドル回転数近傍まで上昇し、クラッチ４を完全に接続すると、車両ＥＣＵ２２は更なる車両の加速及びその後の走行のために、駆動輪１６に伝達すべき駆動トルクを決定する。そして、この駆動トルクから変速機８で使用中の変速段に応じてエンジン２から出力すべき要求トルクを求め、この要求トルクをエンジン２が出力するようにエンジンＥＣＵ２４に指示する。

また、車両ＥＣＵ２２は選択したシフトアップ用変速マップＳＵ２及びシフトダウン用変速マップＳＤ２に基づき、アクセル開度センサ３２が検出したアクセルペダル３０の踏み込み量や車速センサ３４が検出した走行速度の変化に応じて変速機８の変速段をシフトアップしたりシフトダウンしたりすると共に必要に応じてクラッチ４を制御する。
即ち、アクセルペダル３０の踏み込み量と走行速度とによって定まる点が前述のようにして図４に示すシフトアップ用変速マップＳＵ２のシフトアップ線を横切るとシフトアップが行われ、図６に示すシフトダウン用変速マップＳＤ２のシフトダウン線を横切るとシフトダウンが行われる。

このとき、シフトアップ用変速マップＳＵ２及びシフトダウン用変速マップＳＤ２はシフトアップ用変速マップＳＵ１及びシフトダウン用変速マップＳＤ１と比較して、アクセルペダル３０の踏み込み量及び走行速度の変化に対して遅めにシフトアップが行われると共に早めにシフトダウンが行われるようになっている。従って、電動機６から駆動力が得られずエンジン２の駆動力のみで駆動輪１６の駆動を行っていても駆動力が不足するようなことがなく、駆動力不足による運転性能や運転フィーリングの低下を防止することができる。

車両ＥＣＵ２２は、電動機出力システムに故障が発生したか否かにより、以上のような変速マップの切換制御を行うほか、アクセルペダル３０の踏み込みが解除されて車両が減速走行を行うときのクラッチ４の制御も切り換えている。
即ち、車両減速時には前述したように電動機６の回生制動力により車両の減速を適正に行えるようにしているが、電動機出力システムに故障が発生した場合にはこのような回生制動力を利用することができないため、クラッチ２の制御を切り換えることによって、電動機出力システムに故障が発生した場合であっても適正な減速が行われるようにしているのである。

この車両ＥＣＵ２２によるクラッチ制御の切換制御は図７に示すフローチャートに従い所定の制御周期で行われる。
クラッチ制御の切換制御が開始されると、図２の変速マップ切換制御のステップＳ１と同様に、ステップＳ１１でインバータＥＣＵ２６及びバッテリＥＣＵ２８からの情報に基づき、電動機出力システムに故障が発生したか否かを判定する（故障検出手段）。

ステップＳ１１で電動機出力システムに故障が発生していない、即ち電動機出力システムが正常であると判定した場合にはステップＳ１２に進んでクラッチ制御Ａを選択する一方、電動機出力システムに故障が発生したと判定した場合にはステップＳ１３に進んでクラッチ制御Ｂを選択し、その制御周期を終了する。
このようにしてステップＳ１１の判定を制御周期毎に繰り返すことにより、電動機出力システムに故障が発生したか否かに応じてクラッチ制御Ａ又はクラッチ制御Ｂを選択するようにしている。

車両ＥＣＵ２２は、車両の減速走行時に、このようにして選択されたクラッチ制御と併せ、次のようにエンジン２及び電動機６の制御を行う。
電動機出力システムが正常な場合に、アクセルペダル３０の踏み込みが解除されると、車両ＥＣＵ２２は回転数センサ３６によって検出された電動機６の回転数と変速機８で使用中の変速段とに基づき、車両の減速を適正に行うために必要な減速トルクを要求減速トルクとして設定する。

この要求減速トルクは、図８に実線で示すように変速機８の変速段毎に個別に設定されており、それぞれの変速段に対応する要求減速トルクは、電動機６の回転数の上昇と共に増大する特性を有している。また、図８に示すように、高速側の変速段であるほど大きい要求減速トルクが設定されるようになっている。
また、車両ＥＣＵ２２は、回転数センサ３６によって検出された電動機６の回転数において電動機６が発生可能な回生制動トルクの上限値を上限減速トルクとして設定する。この上限減速トルクは電動機６の仕様により電動機６の回転数に応じて定まるものであり、図８に一点鎖線で示すように、低い回転数の領域では一定の値を有する一方で、高回転側では電動機６の回転数の増大と共に減少するような特性を有している。また、図８に示すように、２乃至５速の各変速段に対応して設定される要求減速トルクに対し、上限減速トルクはＮ２乃至Ｎ５の各回転数において大小関係が逆転している。

このような上限減速トルクに対し、要求減速トルクの方が大きい場合には、電動機６の回生制動トルクのみでは要求減速トルクを得ることができないため、クラッチ４を接続してエンジン２による減速トルクと電動機６の回生制動による減速トルクとを合わせて要求減速トルクを得るようにしている。
また、要求減速トルクが上限減速トルク以下の場合には、電動機６の回生制動トルクのみで要求減速トルクを得ることができるため、クラッチ４を切断して電動機６の回生制動のみで要求減速トルクを得る。

このように制御を行うことによって、可能な限り電動機６の回生制動を利用して減速時のエネルギ回収を行うようにしている。従って、電動機出力システムが正常な場合に選択されるクラッチ制御Ａでは、要求減速トルクと上限減速トルクとの大小関係に従ってクラッチ４の断接状態が制御される。
一方、電動機出力システムに故障が検出された場合に、アクセルペダル３０の踏み込みが解除されると、電動機６による回生制動力を得ることができないため、車両ＥＣＵ２２はクラッチ４を接続状態とすると共に、エンジンＥＣＵ２４に対し、燃料供給の中止や、排気ブレーキを有する場合には排気ブレーキの作動などのような、エンジン２の減速運転を行うように指示する。

エンジンＥＣＵ２４は車両ＥＣＵ２２からの指示に従い、燃料供給を中止したり、排気ブレーキを有する場合には排気ブレーキを作動させたりして、エンジン２の減速運転を行う。
この結果、エンジン２の減速トルクがクラッチ４を経て変速機８から駆動輪１６に伝達されることにより車両が減速する。このとき回転数センサ３６によって検出される回転数は、クラッチ４が接続されていることによってエンジン２の回転と一致するが、車両の減速に伴い走行速度が低下し、回転数センサ３６によって検出された回転数に基づき、エンジン２の回転数がアイドル回転数近傍まで低下したことを検知すると、車両ＥＣＵ２２はエンジン２の回転数がアイドル回転数より低下しないようにするためクラッチ４を切断する。

このように、電動機出力システムに故障が検出された場合に選択されるクラッチ制御Ｂにおいては、エンジン２の回転数がアイドル回転近傍に低下するまでクラッチ４を常時接続し、エンジン２の減速トルクによって車両の減速を行うようにしている。
この結果、電動機出力システムに故障が発生して電動機６の回生制動力を利用できない場合であっても、前述のように早めのシフトダウンが行われるシフトダウン用変速マップＳＤ２の使用と相俟って、車両の適正な減速に必要な減速トルクを継続して駆動輪１６に伝達することができ、車両を良好に減速させることができる。

以上で本発明の一実施形態に係るハイブリッド電気自動車の制御装置についての説明を終えるが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。
例えば、上記実施形態では、電動機出力システムに故障が検出された場合の車両発進時の変速段を１速とし、電動機出力システムが正常な場合の車両発進時の変速段を２速としたが、それぞれの場合の車両発進時における変速段はこれに限られるものではなく、車両の仕様に応じて車両発進時における変速段を設定すると共に、電動機出力システムが正常な場合の変速段よりも電動機出力システムに故障が検出された場合の変速段の方が低速側となるようにすればよい。

また、上記実施形態では、変速マップを切り換えることにより電動機出力システムに故障が検出された場合と電動機出力システムが正常な場合とで車両発進時の変速段を変更するようにしたが、変速マップは共通として電動機出力システムに故障が検出された場合には車両発進時の変速段のみを強制的に１速に変更するようにしても良い。
なお、運転者がチェンジレバーをシフトアップ操作又はシフトダウン操作することにより変速段を切り換え制御できるようにしたマニュアルシフトレンジを備える車両においては、このマニュアルレンジが選択されているときにはシフトマップが使用されないが、マニュアルレンジが選択されている場合には発進時の変速段のみを変更するようにすることで、同様の効果を得ることができる。

更に、上記実施形態では、電動機６をクラッチ４と変速機８との間に配置するようにしたが、電動機６の配置はこれに限られるものではなく、例えばエンジン２とクラッチ４との間に電動機６を配置したハイブリッド電気自動車などのように、エンジン２の駆動力と電動機６の駆動力とがそれぞれ駆動輪１６に伝達可能なハイブリッド電気自動車であれば同様の効果を得ることができる。

また、上記実施形態では変速機８を前進５段の自動変速機としたが、変速段の数及び自動変速機の形式はこれに限られるものではなく、無段変速機などであっても良い。
更に、上記実施形態では回転数センサ３６で検出された電動機６の回転数を用いたが、変速機８の出力回転数を検出し、これを変速比を用いて電動機６の回転数に変換しても良いし、電動機６の回転数に応じて変化する量から電動機６の回転数を求めるようにしても良い。

なお、上記実施形態ではエンジン２をディーゼルエンジンとしたが、エンジン形式はこれに限られるものではなく、ガソリンエンジンなどでも良い。

本発明の一実施形態に係るハイブリッド電気自動車の全体構成図である。図１のハイブリッド電気自動車の制御装置で行われる変速マップ切換制御のフローチャートである。シフトアップ用変速マップＳＵ１を示す図である。シフトアップ用変速マップＳＵ２を示す図である。シフトダウン用変速マップＳＤ１を示す図である。シフトダウン用変速マップＳＤ２を示す図である。図１のハイブリッド電気自動車の制御装置で行われるクラッチ制御の切換制御のフローチャートである。電動機の上限減速トルクと要求減速トルクとの関係を示す図である。

符号の説明

１ハイブリッド電気自動車
２エンジン
６電動機
８自動変速機
１６駆動輪
１８バッテリ
２０インバータ
２２車両ＥＣＵ（故障検出手段、制御手段）
２６インバータＥＣＵ
２８バッテリＥＣＵ

Claims

エンジンに駆動力を発生させて上記エンジンの駆動力を出力するエンジン出力システムと、電動機に駆動力を発生させて上記電動機の駆動力を出力する電動機出力システムとを備え、それぞれのシステムから出力された駆動力が車両の駆動輪に伝達可能なハイブリッド電気自動車の制御装置において、
複数の前進変速段を有し、上記エンジン出力システムから出力される上記エンジンの駆動力を上記駆動輪に伝達する自動変速機と、
上記電動機出力システムの故障を検出する故障検出手段と、
上記故障検出手段によって上記故障が検出されない場合には、車両発進開始時における上記自動変速機の変速段を第１変速段とする一方、上記故障検出手段によって上記故障が検出された場合には、車両発進開始時における上記自動変速機の変速段を上記第１変速段より低速側の第２変速段とする制御手段と
を備えたことを特徴とするハイブリッド電気自動車の制御装置。
上記制御手段は、上記故障検出手段によって上記故障が検出された場合と、上記故障検出手段によって上記故障が検出されない場合とで、上記自動変速機の変速段を上記車両の運転状態の変化に応じて制御するための変速マップを切り換えることにより上記車両発進開始時の上記自動変速機の変速段を変更することを特徴とする請求項１に記載のハイブリッド電気自動車の制御装置。
上記故障検出手段によって上記電動機出力システムの故障が検出されたときの変速マップは、上記故障検出手段によって上記電動機出力システムの故障が検出されないときの変速マップと比較して、上記車両の運転状態の変化に応じたダウンシフトが早めに行われると共に、上記車両の運転状態の変化に応じたアップシフトが遅めに行われるように設定されていることを特徴とする請求項２に記載のハイブリッド電気自動車の制御装置。