JP2009208562A - ハイブリッド車両のエンジン始動制御装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】エンジンの完爆でエンジン回転数Neがモータ/ジェネレータ回転数Nmに所定範囲まで接近すると判定するt3に、第1クラッチの伝達トルク容量tTc1をクランキングトルク値から所定勾配ΔTcaで低下させ、Ne=Nmになるt4にtTc1を0にし、Ne≧Nm+ΔN2になるt5にtTc1を所定勾配ΔTcbで増大させ、再びNe=Nmになるt6にtTc1を第1クラッチの締結が補償される値にする。t3〜t6におけるtTc1の低下は、第2クラッチのスリップでエンジン始動ショック軽減を期待できない場合でも、第1クラッチのスリップによりエンジン始動ショックを軽減することができる。
【選択図】図4
Description
これらエンジンおよびモータ/ジェネレータ間を第1クラッチにより結合可能とし、
モータ/ジェネレータおよび駆動車輪間を第2クラッチにより断接可能とし、
第2クラッチとして、モータ/ジェネレータおよび駆動車輪間に介在させた自動変速機内における変速摩擦要素を用いるようにしたものである。
第1クラッチおよび第2クラッチを共に締結するとき、エンジンからの動力のみを用いて、或いはエンジン動力とモータ/ジェネレータからの動力とを併用して、つまりエンジンおよびモータ/ジェネレータの双方からの動力によるハイブリッド走行を行うことができる(HEVモード)。
従って、小低負荷・低車速のもと電気走行(EV)モードでの走行中にアクセルペダルの踏み込みや、車速の上昇で大負荷・高車速運転状態になると、ハイブリッド走行(HEV)モードへのモード切り替えのため、エンジンを始動させる必要が生ずる。
かかるエンジン始動ショックを軽減する技術として特許文献1には、エンジン始動時に第2クラッチの伝達トルク容量を低下させ、エンジン始動ショックとなる上記のトルク変動が発生するとき、第2クラッチのスリップにより当該トルク変動を吸収して駆動車輪に向かうことのないようにし、これによりエンジン始動ショックを軽減する技術が提案されている。
エンジン始動時に発生した自動変速機の入力トルク変動による第2クラッチのスリップが生起し難く、当該トルク変動の大部分が変速機出力トルクとして駆動車輪に向かうことになるため、狙い通りにエンジン始動ショックを軽減することができない。
先ず前提となるハイブリッド車両を説明するに、これは、
動力源としてエンジンおよびモータ/ジェネレータをタンデムに具え、
これらエンジンおよびモータ/ジェネレータ間を第1クラッチにより結合可能とし、
モータ/ジェネレータおよび駆動車輪を第2クラッチにより結合可能とし、
第1クラッチを解放すると共に第2クラッチを締結してモータ/ジェネレータのみによる電気走行を行っている状態でのエンジン始動に際し、第2クラッチの伝達トルク容量を低下すると共に第1クラッチを締結し、モータ/ジェネレータの駆動トルクによりエンジンをクランキングすることでエンジン始動を行うようにしたものである。
上記のエンジン始動によりエンジン回転数がモータ/ジェネレータの回転数に対し所定範囲まで接近すると判定した時より、第1クラッチの伝達トルク容量を低下させるよう構成したことを特徴とするものである。
エンジン始動時にエンジン回転数がモータ/ジェネレータ回転数に対し所定範囲まで接近すると判定した時から第1クラッチの伝達トルク容量を低下させるため、
エンジン始動ショック軽減用に行う第2クラッチのスリップ制御時における伝達トルク容量が、エンジン始動ショックを軽減可能な程度まで小さくならない運転状態においても、
上記のごとく伝達トルク容量を低下された第1クラッチがスリップによりエンジン始動時トルク変動を吸収してエンジン始動ショックを軽減することができる。
図1は、本発明の一実施例になるエンジン始動制御装置を内蔵するハイブリッド駆動装置を具えたフロントエンジン・リヤホイールドライブ式ハイブリッド車両のパワートレーンを、その制御系とともに示し、1はエンジン、2は自動変速機、3はモータ/ジェネレータである。
図1に示すハイブリッド車両のパワートレーンにおいては、通常の後輪駆動車と同様にエンジン1の車両前後方向後方に自動変速機2をタンデムに配置し、エンジン1(詳しくはクランクシャフト1a)からの回転を自動変速機2の入力軸4へ伝達する軸5に結合してモータ/ジェネレータ3を設ける。
モータ/ジェネレータ3は、ロータ3bの中心に上記の軸5を貫通して結着し、この軸5をモータ/ジェネレータ軸として利用する。
ここで第1クラッチ6は、伝達トルク容量を連続的に変更可能なものとし、例えば、比例ソレノイドでクラッチ作動油流量およびクラッチ作動油圧を連続的に制御して伝達トルク容量を変更可能な湿式多板クラッチで構成する。
自動変速機2は、その変速機構部分が周知の遊星歯車式自動変速機と同様なものであるが、これからトルクコンバータを排除して、その代わりにモータ/ジェネレータ3を変速機入力軸4に直接結合したものとする。
自動変速機2は、入力軸4に同軸突き合わせ関係に配置した出力軸7を具え、これら入出力軸4,7上にエンジン1(モータ/ジェネレータ3)の側から順次フロントプラネタリギヤ組Gf、センタープラネタリギヤ組Gm、およびリヤプラネタリギヤ組Grを載置して具え、これらを自動変速機2における遊星歯車変速機構の主たる構成要素とする。
次にエンジン1(モータ/ジェネレータ3)に近いセンタープラネタリギヤ組Gmは、センターサンギヤSm 、センターリングギヤRm 、これらに噛合するセンターピニオンPm 、および該センターピニオンを回転自在に支持するセンターキャリアCm よりなる単純遊星歯車組とし、
エンジン1(モータ/ジェネレータ3)から最も遠いリヤプラネタリギヤ組Grは、リヤサンギヤSr 、リヤリングギヤRr 、これらに噛合するリヤピニオンPr 、および該リヤピニオンを回転自在に支持するリヤキャリアCr よりなる単純遊星歯車組とする。
フロントサンギヤSfは、フロントブレーキFr/Bにより変速機ケース2aに適宜固定可能にする。
フロントキャリアCfおよびリヤリングギヤRrを相互に結合し、センターリングギヤRmおよびリヤキャリアCrを相互に結合する。
センターキャリアCmは出力軸7に結合し、センターサンギヤSmおよびリヤサンギヤSr間は、ハイ・アンド・ローリバースクラッチH&LR/Cにより相互に結合可能とする。
センターサンギヤSmは更に、フォワードブレーキFWD/Bにより変速機ケース2aに適宜固定可能にする。
本実施例においては、自動変速機2内に既存する前記した6個の変速摩擦要素Fr/B,I/C,H&LR/C,D/C,R/B,FWD/Bのうち、前進変速段選択用の変速摩擦要素(前進第1速、第3速、第4速、第5速ではH&LR/C、前進第2速ではD/C)、または後退変速段選択用の変速摩擦要素(H&LR/C)を第2クラッチとして流用する。
図1のパワートレーンにおいては、停車状態からの発進時などを含む低負荷・低車速時に用いられる電気走行(EV)モードが要求される場合、第1クラッチ6を解放し、第2クラッチH&LR/C(D/C)を締結し、自動変速機2を動力伝達状態にする。
変速機出力軸4からの回転はその後、図示せざるディファレンシャルギヤ装置を経て左右駆動輪に至り、車両をモータ/ジェネレータ3のみによって電気走行(EV走行)させることができる。(EVモード)
この状態では、エンジン1からの出力回転、または、エンジン1からの出力回転およびモータ/ジェネレータ3からの出力回転の双方が変速機入力軸4に達することとなり、自動変速機2が当該入力軸4への回転を、選択中の変速段に応じ変速して、変速機出力軸7より出力する。
変速機出力軸7からの回転はその後、図示せざるディファレンシャルギヤ装置を経て左右駆動輪に至り、車両をエンジン1およびモータ/ジェネレータ3の双方によってハイブリッド走行させることができる。(HEVモード)
この制御システムは、パワートレーンの動作点を統合制御する統合コントローラ11を具え、該パワートレーンの動作点を、目標エンジントルクtTeと、目標モータ/ジェネレータトルクtTmと、第1クラッチ6の目標伝達トルク容量tTc1と、第2クラッチH&LR/C(D/C)の目標伝達トルク容量tTc2とで規定する。
エンジン1の回転数Neを検出するエンジン回転センサ12からの信号と、
モータ/ジェネレータ3の回転数Nmを検出するモータ/ジェネレータ回転センサ13からの信号と、
変速機入力回転数Niを検出する入力回転センサ14からの信号と、
変速機出力回転数No(車速)を検出する出力回転センサ15からの信号と、
アクセルペダル踏み込み量(アクセル開度APO)を検出するアクセル開度センサ16からの信号と、
モータ/ジェネレータ3用の電力を蓄電しておくバッテリ(図示せず)の蓄電状態SOC(持ち出し可能電力)を検出する蓄電状態センサ17からの信号とを入力する。
なお目標モータ/ジェネレータトルクtTmが、モータ/ジェネレータ3に回生ブレーキ作用を要求するようなものである場合、モータ/ジェネレータコントローラ22はインバータを介し、センサ17で検出したバッテリ蓄電状態SOC(持ち出し可能電力)との関連においてバッテリが過充電とならないような発電負荷をモータ/ジェネレータ3に与え、
モータ/ジェネレータ3が回生ブレーキ作用により発電した電力を交流−直流変換してバッテリに充電する。
本実施例においては、第1クラッチ6を解放した電気走行(EV)モードでの走行中にアクセルペダルの踏み込みや、車速の上昇で大負荷・高車速運転状態になったり、バッテリ蓄電状態SOC(持ち出し可能電力)が低下して、ハイブリッド走行(HEV)モードへのモード切り替えが要求された時のエンジン始動を、図1の制御システムが図3に示す制御プログラムに沿って以下のように行うものとする
従って、図3のエンジン始動制御は、第1クラッチ6の伝達トルク容量制御にほかならない。
図4は、アクセル開度APOの図示する増大により瞬時t1にEVモードからHEVモードへの切り替え指令があってエンジン始動要求が発生した場合の動作タイムチャートで、
第2クラッチH&LR/C(D/C)の伝達トルク容量低下制御はエンジン始動要求瞬時t1に、第2クラッチ目標伝達トルク容量tTc2を、アクセル開度APO対応の目標駆動トルクTinに0.7を乗じた値に低下させて開始される。
瞬時t2に第1クラッチ目標伝達トルク容量tTc1を0からクランキングトルクまで増大させたことでエンジン1は、エンジン回転数Nmの上昇により示すごとく、モータ/ジェネレータ3からの動力によりクランキングされ、
この間モータ/ジェネレータ回転数Nmを、当該エンジンクランキング用の目標回転数tNmとなるようフィードバック制御すべく、目標モータ/ジェネレータトルクtTmは決定される。
なお、エンジン回転数Neがモータ/ジェネレータ3の回転数Nmに対し所定範囲まで接近するか否かを検知するに際しては、上記のごとくエンジン1の完爆判定により当該検知を行う代わりに、エンジン1の燃料噴射の開始判定により当該検知を行ったり、エンジン回転数Neの急上昇判定により当該検知を行うようにしてもよいのは言うまでもない。
第1クラッチ目標伝達トルク容量tTc1の低下勾配ΔTcaは、図4に示すごとく、エンジン回転数Neおよびモータ/ジェネレータ回転数Nm間の回転差(Ne−Nm)に応じて、この回転差(Ne−Nm)が略0になる瞬時t4に、第1クラッチ目標伝達トルク容量tTc1が略0になるよう決定する。
ステップS15で未だエンジン回転数Neがモータ/ジェネレータ回転数Nmよりも第2設定回転数ΔN2を越えて高くなっていないと判定する間は、ステップS16において第1クラッチ目標伝達トルク容量tTc1を0にする。
図4の瞬時t5以降であって、ステップS17で第1クラッチ6が同期したと判定する図4の瞬時t6よりも前は、ステップS18において、第1クラッチ目標伝達トルク容量tTc1を図4に示すごとく所定の時間変化勾配ΔTcbで徐々に増大させる。
エンジン始動(クランキング)中に、エンジンの完爆判定や、エンジンの燃料噴射の開始判定や、エンジン回転数の急上昇判定により、エンジン回転数Neがモータ/ジェネレータ回転数Nmに対し所定範囲まで接近すると判定した時t3から(ステップS11)、第1クラッチ6の伝達トルク容量tTc1を低下させるため(ステップS14)、
車両の要求駆動力が実現されることを優先して第2クラッチH&LR/C(D/C)の伝達トルク容量低下を行うために第2クラッチH&LR/C(D/C)の伝達トルク容量が十分低下されず、第2クラッチH&LR/C(D/C)の伝達トルク容量低下では狙い通りにエンジン始動ショックを軽減し得ない場合や、
第2クラッチH&LR/C(D/C)の伝達トルク容量低下が十分であるのに、第2クラッチH&LR/C(D/C)のクラッチトルク変化による変速機出力トルクへの影響度が小さく、第2クラッチH&LR/C(D/C)の伝達トルク容量低下では狙い通りにエンジン始動ショックを軽減し得ない場合においても、
上記のごとく伝達トルク容量tTc1を低下された第1クラッチ6がスリップによりエンジン始動時のトルク変動を吸収してエンジン始動ショックを軽減することができる。
上記した第1クラッチ伝達トルク容量tTc1の低下を、本当にエンジン始動時トルク変動(エンジン始動ショック)が発生するタイミングに調時して行わせることができて、上記の作用効果を顕著なものにすることができる。
当該回転差が略0になる瞬時t4に、モータ/ジェネレータ6がエンジン1をクランキングしている状態から、エンジン1が自立運転により逆にモータ/ジェネレータ6よりも高速運転される状態へと切り替わることにより、トルクの向きが逆転してステップ的なトルク変化を生ずるが、このステップ的なトルク変化を伝達トルク容量tTc1が略0の第1クラッチ6のスリップにより吸収し得て、当該ステップ的なトルク変化によるショックの発生を回避することができる。
なお、第1クラッチ6の伝達トルク容量tTc1の低下勾配ΔTcaを、エンジン回転数Neおよびモータ/ジェネレータ回転数Nm間の回転差に応じ、この回転差が略0になるとき、第1クラッチ6の伝達トルク容量tTc1が略0になるよう決定したため、
エンジン回転数Neおよびモータ/ジェネレータ回転数Nm間の回転差が略0になる瞬時t4に(ステップS13)、第1クラッチ6の伝達トルク容量tTc1を略0にする(ステップS16)制御を確実なものとなし得て、これによる上記の作用効果を一層確実なものにすることができる。
上記したトルクの向きの逆転によるステップ的なトルク変化がなくなってから第1クラッチ6の伝達トルク容量tTc1を略0から増大させることとなり、第1クラッチ6が伝達トルク容量tTc1を増大された時に、上記ステップ的なトルク変化によるショックを発生させることがない。
第1クラッチ6の伝達トルク容量tTc1の増大に伴うショックの発生を回避することができる。
なおこの意味合いにおいて、第1クラッチ6の伝達トルク容量tTc1の増大勾配ΔTcbは、要求される加速感、許容される加速ショック、アクセル開度APO相当トルクの少なくとも1つに応じ決定するのが良いのは言うまでもない。
そのためのエンジントルクの低下は、図4の瞬時t4〜t6間におけるエンジントルクtTeの時系列変化により示すごとく、エンジン負荷を代表するエンジンスロットル開度TVOをアクセル開度相当値よりも一定量αだけ低下させた状態で、エンジン点火時期を遅延させることにより行うのが、高応答性なエンジントルク低下を実現し得て好適である。
一方、第1クラッチ6の伝達トルク容量tTc1はこの瞬時t6以降、アクセル開度APO相当エンジントルクにクラッチ締結補償用の安全率を掛けて求めた静的トルク値となし、第1クラッチ6の完全締結が補償されるようにする。
この代わりに第2クラッチを自動変速機2の前、若しくは、後に追加して新設したパワートレーンを持つハイブリッド車両においても、本発明の前記した着想は同様に適用して所期の目的を達成し得るのは言うまでもない。
2 自動変速機
3 モータ/ジェネレータ(動力源)
4 変速機入力軸
6 第1クラッチ
7 変速機出力軸
H&LR/C ハイ・アンド・ローリバースクラッチ(第2クラッチ)
D/C ダイレクトクラッチ(第2クラッチ)
11 統合コントローラ
12 エンジン回転センサ
13 モータ/ジェネレータ回転センサ
14 変速機入力回転センサ
15 変速機出力回転センサ
16 アクセル開度センサ
17 蓄電状態センサ
21 エンジンコントローラ
22 モータ/ジェネレータコントローラ
23 第1クラッチコントローラ
24 変速機コントローラ
Claims (16)
- 動力源としてエンジンおよびモータ/ジェネレータをタンデムに具え、
これらエンジンおよびモータ/ジェネレータ間を第1クラッチにより結合可能とし、
モータ/ジェネレータおよび駆動車輪を第2クラッチにより結合可能とし、
第1クラッチを解放すると共に第2クラッチを締結してモータ/ジェネレータのみによる電気走行を行っている状態でのエンジン始動に際し、第2クラッチの伝達トルク容量を低下すると共に第1クラッチを締結し、モータ/ジェネレータの駆動トルクによりエンジンをクランキングすることでエンジン始動を行うようにしたハイブリッド車両において、
前記エンジン始動によりエンジン回転数が前記モータ/ジェネレータの回転数に対し所定範囲まで接近すると判定した時より、前記第1クラッチの伝達トルク容量を低下させるよう構成したことを特徴とするハイブリッド車両のエンジン始動制御装置。 - 請求項1に記載のハイブリッド車両のエンジン始動制御装置において、
前記モータ/ジェネレータおよび駆動車輪間に自動変速機を介在させることで、該自動変速機内における変速摩擦要素を前記第2クラッチとして流用するものであることを特徴とするハイブリッド車両のエンジン始動制御装置。 - 請求項1または2に記載のハイブリッド車両のエンジン始動制御装置において、
エンジン回転数がモータ/ジェネレータ回転数に対し前記所定範囲まで接近するとの判定を、エンジンの完爆判定により行うよう構成したことを特徴とするハイブリッド車両のエンジン始動制御装置。 - 請求項1または2に記載のハイブリッド車両のエンジン始動制御装置において、
エンジン回転数がモータ/ジェネレータ回転数に対し前記所定範囲まで接近するとの判定を、エンジンの燃料噴射の開始判定により行うよう構成したことを特徴とするハイブリッド車両のエンジン始動制御装置。 - 請求項1または2に記載のハイブリッド車両のエンジン始動制御装置において、
エンジン回転数がモータ/ジェネレータ回転数に対し前記所定範囲まで接近するとの判定を、エンジン回転数の急上昇判定により行うよう構成したことを特徴とするハイブリッド車両のエンジン始動制御装置。 - 請求項1〜5のいずれか1項に記載のハイブリッド車両のエンジン始動制御装置において、
エンジン回転数およびモータ/ジェネレータ回転数間の回転差が略0になるとき、前記第1クラッチの伝達トルク容量を略0にするよう構成したことを特徴とするハイブリッド車両のエンジン始動制御装置。 - 請求項1〜6のいずれか1項に記載のハイブリッド車両のエンジン始動制御装置において、
前記第1クラッチの伝達トルク容量の低下を所定の時間変化勾配で徐々に行わせるよう構成したことを特徴とするハイブリッド車両のエンジン始動制御装置。 - 請求項7に記載のハイブリッド車両のエンジン始動制御装置において、
第1クラッチ伝達トルク容量の低下に関した前記所定の時間変化勾配を、エンジン回転数およびモータ/ジェネレータ回転数間の回転差に応じて決定するよう構成したことを特徴とするハイブリッド車両のエンジン始動制御装置。 - 請求項6〜8のいずれか1項に記載のハイブリッド車両のエンジン始動制御装置において、
前記第1クラッチ伝達トルク容量の低下に係わる前記所定の時間変化勾配を、エンジン回転数およびモータ/ジェネレータ回転数間の回転差が略0になるとき、前記第1クラッチの伝達トルク容量が略0になるよう決定したことを特徴とするハイブリッド車両のエンジン始動制御装置。 - 請求項1〜9のいずれか1項に記載のハイブリッド車両のエンジン始動制御装置において、
エンジン回転数がモータ/ジェネレータ回転数よりも設定回転数を越えて高くなる時から、前記第1クラッチの伝達トルク容量を増大させるよう構成したことを特徴とするハイブリッド車両のエンジン始動制御装置。 - 請求項1〜9のいずれか1項に記載のハイブリッド車両のエンジン始動制御装置において、
エンジン回転数がモータ/ジェネレータ回転数に一致した時から設定時間が経過した時より、前記第1クラッチの伝達トルク容量を増大させるよう構成したことを特徴とするハイブリッド車両のエンジン始動制御装置。 - 請求項10または11に記載のハイブリッド車両のエンジン始動制御装置において、
前記第1クラッチの伝達トルク容量の増大を、所定の時間変化勾配で徐々に行わせるよう構成したことを特徴とするハイブリッド車両のエンジン始動制御装置。 - 請求項12に記載のハイブリッド車両のエンジン始動制御装置において、
前記第1クラッチ伝達トルク容量の増大に関した所定の時間変化勾配を、要求される加速感、許容される加速ショック、アクセル開度相当トルクの少なくとも1つに応じ決定したことを特徴とするハイブリッド車両のエンジン始動制御装置。 - 請求項12または13に記載のハイブリッド車両のエンジン始動制御装置において、
前記第1クラッチ伝達トルク容量の増大中、エンジントルクを低下させるよう構成したことを特徴とするハイブリッド車両のエンジン始動制御装置。 - 請求項14に記載のハイブリッド車両のエンジン始動制御装置において、
前記エンジントルクの低下は、エンジン負荷をアクセル開度相当値よりも一定量だけ低下させた状態で、エンジン点火時期を遅延させることにより行うものであることを特徴とするハイブリッド車両のエンジン始動制御装置。 - 請求項14または15に記載のハイブリッド車両のエンジン始動制御装置において、
第1クラッチの入出力回転差がなくなる回転同期時に前記エンジントルクの低下を終了させてエンジントルクをアクセル開度相当値に復帰させると共に、第1クラッチの伝達トルク容量を第1クラッチの完全締結が補償される値へと増大させるよう構成したことを特徴とするハイブリッド車両のエンジン始動制御装置。
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