JP2013071721A - ハイブリッド電気自動車の制御装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】デュアルクラッチトランスミッションを備えたハイブリッド電気自動車において、エンジンが車体と共振する回転数域を速やかに脱却させて車体振動を抑制することのできるハイブリッド電気自動車の制御装置を提供すること。
【解決手段】第１動力伝達系１８ａと、電動機４を介装する第２動力伝達系１８ｂの２つの動力伝達系を有するハイブリッド電気自動車において、エンジン２の停止条件が成立した場合には、エンジン２の燃料カットを行うとともに（Ｓ３）、少なくとも第２動力伝達系１８ｂにおける第２変速機構８ｂをニュートラル状態とし（Ｓ１、Ｓ２）、第１クラッチ６ａは切断状態に、第２クラッチ６ｂは接続状態として（Ｓ４）、電動機４の回転を停止させるよう制御する（Ｓ７）。
【選択図】図２

Description

本発明は、駆動源としてエンジンと電動機を備えるハイブリッド電気自動車の制御装置に係り、詳しくはいわゆるデュアルクラッチトランスミッションを備えたハイブリッド電気自動車において、エンジンを停止する際に、燃料をカットしてからエンジン回転が停止するまでの間に生ずる車体の振動を抑制する技術に関する。
近年、燃費や排ガス性能の向上等を目的に、駆動源としてエンジンと電動機を備えるハイブリッド電気自動車が開発されている。
また、駐停車や信号待ちの間にエンジンを自動的に停止させ、発進時に自動的に再始動させることで、燃費や排ガス性能を向上させるいわゆるアイドルストップ・オートスタート（自動停止再始動）技術も開発されている。
しかし、エンジンは燃料供給を停止（以下、燃料カットともいう）させて直ちに回転が停止するものではなく、徐々に回転数が低下して停止に至る。このエンジン回転数が低下していく過程で、エンジンの振動の周波数と、車体や駆動系の固有周波数とが一致して共振が生じて車体全体の振動となり、アイドルストップ等でエンジンを停止する度に運転者に不快感を与えるおそれがある。このような車体全体の振動は、エンジンの回転が完全に停止するまでの期間が長いほど、振動している時間も長くなる。
これに対し、エンジンの燃料カット後に、エンジン回転数が所定回転数以下となった場合に、電動機（モータ）を発電機として作用させてエンジンに負荷をかけ、エンジン回転数を速やかに０にすることで、共振が生ずる回転数域を速やかに脱却する構成のハイブリッド電気自動車が開発されている（特許文献１参照）。
特開２０００−２５７４６３号公報
しかしながら、上記特許文献１記載のハイブリッド電気自動車はエンジンと電動機が常時接続されている構成であり、このような構成であればエンジンの燃料カット後に電動機により負荷をかけることは容易であるが、エンジンと電動機との間にクラッチが介装されている等の構成で、エンジンと電動機との動力伝達が遮断されている場合には適用できない。
例えば近年、２つのクラッチと、それに対応した２系統の変速機構を有し、変速段を交互に切り替えることで変速を行ういわゆるデュアルクラッチトランスミッションが開発されている。そして、当該デュアルクラッチトランスミッションにおいて、一方の動力伝達系に電動機を搭載したハイブリッド電気自動車があるが、このような車両に対しては、上記特許文献１記載の技術をそのまま適用することはできない。
本発明はこのような問題を解決するためになされたもので、その目的とするところは、デュアルクラッチトランスミッションを備えたハイブリッド電気自動車において、エンジンを停止させる際、エンジンが車体と共振する回転数域を速やかに脱却させて車体振動を抑制することのできる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。
上記した目的を達成するために、請求項１のハイブリッド電気自動車の制御装置では、車両の駆動源としてのエンジン及び電動機と、第１の変速機構及び第２の変速機構を有する変速機と、前記エンジンの動力が前記第１の変速機構を介して駆動輪に伝達される第１の動力伝達系と、前記エンジン及び前記電動機の動力が前記第２の変速機構を介して前記駆動輪に伝達される第２の動力伝達系と、前記第１の動力伝達系においてエンジン及び変速機との間に設けられた第１のクラッチと、前記第２の動力伝達系においてエンジン及び電動機との間に設けられた第２のクラッチと、を備えるハイブリッド電気自動車の制御装置であって、前記車両の運転状態が所定の停止条件を満たした場合に、前記エンジンの燃料供給を停止させるとともに、少なくとも前記第２の変速機構をニュートラル状態とし、前記第１のクラッチが切断され、前記第２のクラッチが接続された状態で、前記エンジンを速やかに停止させるべく、前記電動機の回転を停止させるよう前記電動機を制御する制御手段を、備えたことを特徴としている。
請求項２のハイブリッド電気自動車の制御装置では、請求項１において、前記エンジンの回転数を検出するエンジン回転数検出手段を備え、前記制御手段は、前記第２のクラッチが接続される前に、前記エンジン回転数検出手段により検出される前記エンジンの回転数が略０となった場合には、前記電動機により生じる負荷が０となるよう制御することを特徴としている。
請求項３のハイブリッド電気自動車の制御装置では、請求項１または２において、前記制御手段は、前記エンジンの回転停止後、前記車両の運転状態が前記所定の始動条件を満たした場合に、前記第１のクラッチを切断状態とし、前記第２のクラッチを接続状態として、前記電動機により前記エンジンを始動させるよう前記電動機を制御することを特徴としている。
上記手段を用いる本発明の請求項１のハイブリッド電気自動車の制御装置によれば、第１の動力伝達系と、電動機を介装する第２の動力伝達系の２つの動力伝達系を有するハイブリッド電気自動車において、エンジンの停止条件が成立した場合には、エンジンの燃料供給を停止するとともに、少なくとも第２の動力伝達系における第２の変速機構をニュートラル状態とし、第１のクラッチは切断状態に、第２のクラッチは接続状態として、電動機の回転を停止させるよう制御する。
つまり、第２の動力伝達系における第２の変速機構をニューラル状態として駆動輪への動力を遮断した上で、第２のクラッチを接続して第２の動力伝達系をエンジンに接続する。これにより、第２の動力伝達系に備えられた電動機とエンジンの回転は同期することとなり、当該電動機の回転を停止させるよう、即ち負荷をかけるよう制御することで、エンジン回転を速やかに停止させることができる。
こうして、エンジンの回転を速やかに停止させることで、車体との共振が生じる回転数域を速やかに脱却させることができ、車体振動を抑制し運転者への不快感を軽減することができる。
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、エンジンの燃料供給停止後、第２のクラッチの接続を開始して完全に接続状態となる前にエンジンの回転が停止したような場合には、直ちに電動機により生じる負荷を０とするよう制御する。このように、エンジンと電動機とが同期回転する前にエンジンが停止した場合には、電動機の負荷を生じさせないよう制御することで、電動機における無駄な放電を抑制することができる。
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、エンジンの回転を完全に停止させた後、所定の始動条件を満たした場合には、第１のクラッチを切断し、第２のクラッチを接続することで第２の動力伝達系をエンジンと接続し、当該第２の動力伝達系が有する電動機によりエンジンを始動させる。
このように、エンジン始動用のスタータ等よりも高トルクを発生可能な駆動用の電動機をエンジンの始動に用いることで、エンジンを速やかに始動させることができ、始動時においても車体の振動を抑制することができる。
本発明の一実施形態におけるハイブリッド電気自動車の制御装置の概略構成を示したブロック図である。 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の車両ＥＣＵが実行する共振抑制制御ルーチンを表したフローチャートである。
以下、本発明の一実施形態を図面に基づき説明する。
図１は本発明の一実施形態におけるハイブリッド電気自動車の制御装置の概略構成を示したブロック図であり、同図に基づき説明する。
図１に示す車両１はハイブリッド電気自動車であり、駆動源であるエンジン２と電動機４との間にクラッチユニット６が設けられ、エンジン２（クラッチユニット８を介して）と電動機４が変速機８に接続された構成の駆動装置を備えている。車両１は、これらのエンジン２や電動機４からの駆動力をクラッチユニット６及び変速機８を経て左右の駆動輪１０、１０（例えば後輪）に伝達することにより走行を行うものである。
詳しくは、エンジン２が出力する回転駆動力（以下、単に駆動力という）は入力軸１２を介してクラッチユニット６に入力され、クラッチユニット６内で２系統に分岐される。クラッチユニット６は第１クラッチ６ａ及び第２クラッチ６ｂの２つのクラッチを有しており、クラッチユニット６内で２系統に分岐されたエンジン２の駆動力の一方は第１クラッチ６ａの入力側に伝達され、他方は第２クラッチ６ｂの入力側に伝達されるようになっている。なお、図１では簡略化してブロック図として示しているが、具体的な構成としては、第１クラッチ６ａ及び第２クラッチ６ｂは、油圧に応じて断接可能な湿式多板クラッチであり、図示しない油圧ポンプなどの油圧供給源から供給される油圧により断接作動する。また、第１クラッチ６ａ及び第２クラッチ６ｂは同軸上にて、第１クラッチ６ａは内側、第２クラッチ６ｂは外側に配設されて構成されている。
変速機ユニット８は、第１クラッチ６ａ及び第２クラッチ６ｂに対応して、第１変速機構８ａ（図１のＧ１）及び第２変速機構８ｂ（図１のＧ２）の２系統の変速機構を備えている。第１クラッチ６ａに対応している第１変速機構８ａは、前進用の変速段として第１速、第３速、及び第５速の各変速段を有している。第２クラッチ６ｂに対応している第２変速機構８ｂは、前進用の変速段として第２速、第４速、及び第６速の各変速段を有している。即ち、第１クラッチ６ａの出力側は第１変速機構８ａの入力軸に連結され、第２クラッチ６ｂの出力側は第２変速機構８ｂの入力軸に連結されている。
そして、第１変速機構８ａの出力軸及び第２変速機構８ｂの出力軸は、共通の出力軸１４で構成され、第１変速機構８ａから出力される駆動力、及び第２変速機構８ａから出力される駆動力は、いずれもこの共通の出力軸１４を介してデファレンシャル装置１６に伝達され、左右の駆動輪１０、１０に割り振られるようになっている。このようにクラッチユニット６及び変速機ユニット８により、いわゆるデュアルクラッチトランスミッションが構成されている。
電動機４（図１のＭ）は、第２クラッチ６ｂと第２変速機構８ｂとの間に介装されている。具体的には、図示しないが、電動機４は第２クラッチ６ｂの出力側の外周に配設されている。より詳しくは、電動機４のロータが第２クラッチ６ｂの出力軸の外周に固定され、電動機４のステータがクラッチユニット６のケーシングに固定されている。つまり、第２クラッチ６ｂの出力軸が電動機４の回転軸を兼用しており、第２クラッチ６ｂと共にロータがステータの内側で回転し、ロータとステータとの間に発生した磁界による駆動トルクや回生トルクが第２クラッチ６ｂを介して第２変速機構８ｂに入力されるようになっている。
このように車両１は、エンジン２の動力が第１クラッチ６ａから第１変速機構８ａを介して駆動輪１０に伝達される第１動力伝達系１８ａと、第２クラッチ６ｂからのエンジン２の動力及び電動機４の動力が第２変速機構８ｂを介して駆動輪１０に伝達される第２動力伝達系１８ｂとを有している。
また、車両１には、これらエンジン２、電動機４、クラッチユニット６、及び変速機ユニット８の制御を行う車両ＥＣＵ（電子コントロールユニット）２０（制御手段）が搭載されている。なお、本実施形態では１つの車両ＥＣＵ２０により各装置の制御を行うこととしているが、例えば、エンジンＥＣＵ、電動機ＥＣＵ、変速機ＥＣＵ等をそれぞれ個別のＥＣＵを備え、それらを統合的に制御するようにしても構わない。
当該車両ＥＣＵ２０は、その他車両１に搭載された各種デバイスと接続されている。例えばエンジン２の回転数を検出するエンジン回転数センサ２２（エンジン回転数検出手段）、車両１のシフト位置を検出するシフト位置センサ２４、ブレーキペダルの踏み込みを検出するブレーキセンサ２６、アクセルペダルの踏み込みを検出するアクセルセンサ２８等の各種センサが接続されており、これらのセンサが取得した情報は車両ＥＣＵ２０に入力される。
車両ＥＣＵ２０は取得した情報等に基づきエンジン２の始動、停止、第１クラッチ６ａ及び第２クラッチ６ｂの断接、第１変速機構８ａ及び第２変速機構８ｂのギヤの選択、電動機４の作動停止等の制御を行う。
例えば、車両ＥＣＵ２０は、各種センサの情報に基づき車両１の運転状態を監視し、予め定められた所定の停止条件が成立した際にはエンジン２を停止させ（いわゆるアイドルストップ）、その後所定の始動条件が成立した際にはエンジン２を再始動させる、いわゆるエンジン自動停止再始動制御（アイドルストップ・スタート制御）を行う。
具体的な停止条件としては、例えば車速が０の状態が所定時間以上であり、ブレーキセンサ２６によりブレーキペダルの踏込が検出され、電動機が使用可能であること等であり、当該停止条件が成立した際には、車両ＥＣＵ２０はエンジン２における燃料供給を停止させる（以下、燃料カットともいう）。
一方、始動条件としては、例えば停止条件が満たされなくなったこと、つまり、ブレーキセンサ２６によりブレーキペダルの踏込が検出されなくなったこと等であり、当該始動条件が成立した際には、車両ＥＣＵ２０はエンジン２の再始動を行う。
さらに、車両ＥＣＵ２０はこのエンジン２の停止及び始動に際して、エンジン２が車体と共振する回転数域を速やかに脱却させて車体の共振を抑制するための共振抑制制御を行う。
ここで、図２を参照すると、車両ＥＣＵ２０が実行する共振抑制制御ルーチンを表したフローチャートが示されており、以下同フローチャートに沿って共振抑制制御について詳しく説明する。
車両ＥＣＵ２０は、上述した停止条件が成立した時点から図２の制御ルーチンをスタートさせる。
ステップＳ１において、車両ＥＣＵ２０はシフト位置センサ２４により検出したシフト位置がＮ（ニュートラル）レンジまたはＰ（パーキング）レンジであるか否か、即ち第１変速機構８ａ及び第２変速機構８ｂのギヤがニュートラル状態にあるか否かを判別する。当該判別結果が偽（Ｎｏ）である場合、即ちシフト位置がＤ（ドライブ）レンジ等で第１変速機構８ａ及び第２変速機構８ｂのそれぞれにおいていずれかの変速段が選択されている場合は、ステップＳ２に進む。
ステップＳ２において、車両ＥＣＵ２０は、電動機４を有する第２動力伝達系１８ｂにおける第２変速機構８ｂのギヤをニュートラル状態にするとともに、第１変速機構８ａにおいて予め定められた発進時に用いる変速段（例えば３速）を選択して、ステップＳ３に進む。
上記ステップＳ１の判別結果が真（Ｙｅｓ）である場合、または上記ステップＳ２を経た場合、即ち少なくとも第２変速機構８ｂがニュートラルである状態でステップＳ３に進む。
ステップＳ３において、車両ＥＣＵ２０はエンジン２を停止すべく、エンジン２の燃料カットを行う。
次のステップＳ４において、車両ＥＣＵ２０はクラッチユニット６に対して、第２クラッチ６ｂを接続するよう指示し、クラッチユニット６は第２クラッチ６ｂに油圧を供給してクラッチの接続を開始する。
続くステップＳ５において、車両ＥＣＵ２０はエンジン回転数センサ２２により検出されるエンジン回転数が０であるか否かを判別する。なお、当該判定においては必ずしもエンジン回転数が完全に０である必要はなく、０回転とみなすことができる予め設定した０付近の範囲（略０回転）を０回転として判別する。当該判別結果が偽（Ｎｏ）である場合、即ち燃料カットを行いエンジン回転数が低下している最中である場合は、ステップＳ６に進む。
ステップＳ６において、車両ＥＣＵ２０は第２クラッチ６ｂが完全に接続された接続状態にあるか否かを判別する。当該判別結果が偽（Ｎｏ）である場合は、ステップＳ４に戻り第２クラッチ６ｂの接続指示を維持し、ステップＳ５においてエンジン回転数が略０でない場合は当該ステップＳ６に戻る。
一方、第２クラッチ６ｂが接続された場合は、ステップＳ６の判別結果が真（Ｙｅｓ）となり、ステップＳ７に進む。
ステップＳ７において、車両ＥＣＵ２０は、第２クラッチ６ｂが接続されていることでエンジン２と同期回転する電動機４に対し、当該回転を停止させる制御を行う。つまり、電動機４は、エンジン２の回転と逆方向のトルクを生じさせることで、エンジン２の回転に対して負荷をかける。
続くステップＳ８では、エンジン回転数が略０であるか否かを判別する。当該判別結果が偽（Ｎｏ）である場合は、ステップＳ７に戻り、電動機４の回転を０にする制御を維持する。一方、エンジン回転数が略０、即ちエンジン２が完全に停止した場合には、ステップＳ９に進む。
ステップＳ５またはステップＳ８における判別結果が真（Ｙｅｓ）、即ちエンジン２の回転数が略０になった場合には、ステップＳ９において、電動機４の負荷を０にして、当該ルーチンを終了する。
このようにして、車両ＥＣＵ２０はアイドルストップにおいて、電動機４によりエンジン２の停止を促進する制御を行う。
その後、車両ＥＣＵ２０は、上述した始動条件が成立すると、第１クラッチ６ａは切断状態のまま、第２クラッチ６ｂを接続して、電動機４によりエンジン２を回転させることでエンジン２の始動を行う。エンジン２が始動して車両１を発進させる際には、アイドルストップ時のシフト位置がＤレンジであった場合には、第２クラッチ６ｂを切断して第１クラッチ６ａを接続することで第１変速機構８ａにおいてすでに選択されているギヤによる発進が行われる。アイドルストップ時のシフト位置がＮレンジまたはＰレンジであった場合は、エンジン２の始動中または始動後に第１変速機構８ａにおいて発進に用いるギヤを選択した上で第２クラッチ６ｂを切断して第１クラッチ６ａを接続することで発進を行う。
以上のように、第１動力伝達系１８ａと、電動機４を介装する第２動力伝達系１８ｂの２つの動力伝達系を有するハイブリッド電気自動車において、エンジン２の停止条件が成立した場合には、エンジン２の燃料カットを行うとともに（ステップＳ３）、少なくとも第２動力伝達系１８ｂにおける第２変速機構８ｂをニュートラル状態とし（ステップＳ１、Ｓ２）、第１クラッチ６ａは切断状態に、第２クラッチ６ｂは接続状態として（ステップＳ４）、電動機４の回転を停止させるよう制御する（ステップＳ７）。
つまり、第２動力伝達系１８ｂにおける第２変速機構８ｂをニューラル状態として駆動輪１０への動力を遮断した上で、第２クラッチ６ｂを接続して第２動力伝達系１８ｂをエンジン２に接続する。これにより、第２動力伝達系１８ｂに備えられた電動機４とエンジン２の回転は同期することとなり、当該電動機４の回転を停止させるよう、即ち負荷をかけるよう制御することで、エンジン回転を速やかに停止させることができる。
こうして、エンジン２の回転を速やかに停止させることで、車体との共振が生じる回転数域を速やかに脱却させることができ、車体振動を抑制し運転者への不快感を軽減することができる。
また、エンジン２の燃料カット後（ステップＳ３）、第２クラッチ６ｂの接続を開始して完全に接続状態となる前にエンジン２の回転が停止したような場合には（ステップＳ５）、直ちに電動機４により生じる負荷が０とするよう制御する（ステップＳ９）。このように、エンジン２と電動機４とが同期回転する前にエンジン２が停止した場合には、電動機４の負荷を生じさせないよう制御することで、電動機４における無駄な放電を抑制することができる。
さらに、エンジン２の回転を完全に停止させた後、所定の始動条件を満たした場合には、第１クラッチ６ａを切断し、第２クラッチ６ｂを接続することで第２動力伝達系１８ｂをエンジン２と接続し、当該第２動力伝達系１８ｂが有する電動機４によりエンジン２を始動させる。
このように、エンジン始動用のスタータ等よりも高トルクを発生可能な駆動用の電動機４をエンジン２の始動に用いることで、エンジン２を速やかに始動させることができ、始動時における車体の振動も抑制することができる。
以上で本発明に係るハイブリッド電気自動車の制御装置の実施形態についての説明を終えるが、実施形態は上記実施形態に限られるものではない。
上記実施形態では、エンジン２の始動後、第２クラッチ６ｂを切断し第１クラッチ６ａを接続することで、第１変速機構８ａにて選択されているギヤでの発進を行っているが、例えば、始動時における第２クラッチを接続する前に第２変速機構において発進に用いるギヤを選択しておくことで、第２クラッチを接続して電動機を作動させて、エンジンの始動とともに車両の発進を行うようにしても構わない。
また、上記実施形態では、共振抑制制御ルーチンにおいてシフト位置がＮレンジまたはＰレンジ以外の場合は（ステップＳ１）、第２変速機構８ｂをニュートラルにし、第１変速機構８ａは発進に用いる変速段を選択することとしているが（ステップＳ２）、制御を簡略化するために、シフト位置がＮレンジまたはＰレンジ以外の場合は当該ルーチンを終了させるものとしても構わない。
また、上記実施形態では、所定の停止条件及び所定の始動条件は上述したものに限られない。上記実施形態では、所定の停止条件及び所定の始動条件を自動停止再始動制御に基づくものとしたが、所定の停止条件及び所定の始動条件を、例えば運転者によるキー操作またはスイッチ操作によるものや、電動機のみでの走行を行う場合等の通常の停止動作、通常の始動動作に設定することで、自動停止再始動制御に限らず通常の停止時、始動時においても本発明の共振抑制制御を適用することができる。
１ 車両
２ エンジン
４ 電動機
６ クラッチユニット
６ａ 第１クラッチ
６ｂ 第２クラッチ
８ 変速機ユニット
８ａ 第１変速機構
８ｂ 第２変速機構
１０ 駆動輪
１８ａ 第１動力伝達系
１８ｂ 第２動力伝達系
２０ 車両ＥＣＵ（電動機制御手段）
２２ エンジン回転数センサ（エンジン回転数検出手段）
２４ シフト位置センサ
２６ ブレーキセンサ
２８ アクセルセンサ

Claims (3)

  1. 車両の駆動源としてのエンジン及び電動機と、
    第１の変速機構及び第２の変速機構を有する変速機と、
    前記エンジンの動力が前記第１の変速機構を介して駆動輪に伝達される第１の動力伝達系と、
    前記エンジン及び前記電動機の動力が前記第２の変速機構を介して前記駆動輪に伝達される第２の動力伝達系と、
    前記第１の動力伝達系においてエンジン及び変速機との間に設けられた第１のクラッチと、
    前記第２の動力伝達系においてエンジン及び電動機との間に設けられた第２のクラッチと、を備えるハイブリッド電気自動車の制御装置であって、
    前記車両の運転状態が所定の停止条件を満たした場合に、前記エンジンの燃料供給を停止させるとともに、少なくとも前記第２の変速機構をニュートラル状態とし、前記第１のクラッチが切断され、前記第２のクラッチが接続された状態で、前記エンジンを速やかに停止させるべく、前記電動機の回転を停止させるよう前記電動機を制御する制御手段を、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。
  2. 前記エンジンの回転数を検出するエンジン回転数検出手段を備え、
    前記制御手段は、
    前記第２のクラッチが接続される前に、前記エンジン回転数検出手段により検出される前記エンジンの回転数が略０となった場合には、前記電動機により生じる負荷が０となるよう制御することを特徴とする請求項１記載のハイブリッド電気自動車の制御装置。
  3. 前記制御手段は、
    前記エンジンの回転停止後、前記車両の運転状態が前記所定の始動条件を満たした場合に、前記第１のクラッチを切断状態とし、前記第２のクラッチを接続状態として、前記電動機により前記エンジンを始動させるよう前記電動機を制御す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電気自動車の制御装置。
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