JP2016130042A - ハイブリッド車両の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ＥＶ走行中のエンジンの始動制御を、運転者に違和感を与えることなく適切に実行することができるハイブリッド車両の制御装置を提供すること。
【解決手段】少なくともエンジンの出力トルクによって走行するＨＶ走行と、前記エンジンが停止した状態で第１モータおよび第２モータの少なくともいずれかの出力トルクによって走行するＥＶ走行とを選択的に設定して走行するように構成されたハイブリッド車両の制御装置において、アクセル開度に基づいて運転者の加速要求を判定し、車速および前記アクセル開度から決まる要求駆動力に基づいて前記ＥＶ走行が可能な限界となるバッテリの出力可能値に対する閾値を求め、前記ＥＶ走行中に前記加速要求ありと判定された時点における前記アクセル開度を基に求められた前記閾値よりも前記出力可能値が小さい場合に、前記エンジンを始動する（ステップＳ３，Ｓ４）。
【選択図】図２

Description

この発明は、エンジンおよびモータを駆動力源とし、少なくともエンジンの出力によって走行するＨＶ（ハイブリッド）走行、および、モータの出力のみによって走行するＥＶ（電動）走行が可能なハイブリッド車両の制御装置に関するものである。

特許文献１には、エンジン、動力を入出力可能な第１モータ、車軸に連結された駆動軸とエンジンの出力軸と第１モータの回転軸との３軸に３つの回転要素が接続された遊星歯車機構、駆動軸に動力を入出力可能な第２モータ、ならびに、第１モータおよび第２モータと電力のやりとりが可能なバッテリを備え、エンジンから出力される動力と第２モータから入出力される動力とを用いて走行するハイブリッド走行および第２モータから入出力される動力だけを用いて走行する電動走行が可能なハイブリッド車両に関する発明が記載されている。

この特許文献１に記載されたハイブリッド車両では、ハイブリッド走行よりも電動走行を優先して走行する電動走行優先モードと、電動走行よりもハイブリッド走行を優先して走行するハイブリッド走行優先モードとのうちいずれか一方が走行モードに設定される。そして、この特許文献１に記載されたハイブリッド車両は、走行中のエンジンの始動に伴って発生するショックを抑制することを目的として、特に、電動走行優先モードが走行モードに設定されているときに第１モータによってエンジンをモータリングして始動する場合には、ハイブリッド走行優先モードが走行モードに設定されているときに第１モータによってエンジンをモータリングして始動する場合よりも、点火時期が早められて、あるいは、供給燃料が増量されて、エンジンが始動されるように構成されている。

なお、特許文献２には、上記の特許文献１に記載されたハイブリッド車両と同様に、走行中のエンジンの始動に伴って発生するショックを抑制することを目的としたハイブリッド車両に関する発明が記載されている。この特許文献２に記載されたハイブリッド車両は、エンジン、第１モータ、第２モータ、および、３つの歯車要素を有する差動歯車装置を備えている。差動歯車装置の第１の歯車要素と第１モータとが連結され、第２の歯車要素と出力軸とが連結され、第３の歯車要素とエンジンとが連結されている。さらに、差動歯車装置の第３の歯車要素の回転を規制する制動手段を備えている。そして、第２モータを駆動するとともに、第１モータを走行用回転方向に駆動してハイブリッド型車両を走行させる２モータ走行時にエンジンを始動させる場合には、第１モータによるエンジン始動制御用の出力トルクを確保しつつ、第２モータの出力トルクが徐々に低下させられてエンジンが始動されるように構成されている。

特許第５５０５５１３号公報 特開２０００−２３３１０号公報

上記の特許文献１に記載されたハイブリッド車両では、特に、電動走行優先モードでの走行時にエンジンを始動する際には、バッテリの充電状態（ＳＯＣ：State Of Charge）が低下している場合がある。そのため、第１モータの出力トルクがエンジンのクランキングに使用されることにより低下する駆動トルクを、第２モータの出力トルクで補償できない場合がある。そこで、特許文献１に記載されたハイブリッド車両では、上記のように電動走行中にエンジンを始動する場合には、エンジン側で燃料増量や点火時期進角制御を行い、通常よりも早期にかつ短期間でエンジンの始動を完了させるように制御される。それによって、エンジンの始動に伴って発生するショックを抑制している。

しかしながら、特許文献１に記載されたハイブリッド車両では、上記のようにエンジンを始動する際に、バッテリのＳＯＣに余裕があり、運転者の加速要求があった時点の車両要求出力を第２モータの出力トルクで補償できる場合には、エンジンは直ちには始動されない。そして、その後に加速要求が継続されてバッテリの出力で補償できなくなった時点で、エンジンの始動が開始される。そのため、運転者のアクセル操作のタイミングとエンジン始動のタイミングとがずれてしまい、運転者に違和感を与えてしまう可能性があった。このような課題は、制御対象とするハイブリッド車両が、通常のハイブリッド車両と比較して大容量のバッテリが搭載されているいわゆるＰＨＶ（Plug in Hybrid Vehicle）である場合に顕著になる。ＰＨＶは、外部の電源から供給される電力によって走行用のバッテリを充電することができるハイブリッド車両である。

この発明は上記のような技術的課題に着目して考え出されたものであり、ＥＶ走行中のエンジンの始動制御を、運転者に違和感を与えることなく適切に実行することができるハイブリッド車両の制御装置を提供することを目的とするものである。

上記の目的を達成するために、この発明は、エンジンならびに第１モータおよび第２モータを駆動力源とし、サンギヤとリングギヤと前記エンジンの出力トルクが伝達されるキャリアとを有する遊星歯車機構、ならびに、前記第１モータおよび前記第２モータとの間で電力の授受を行うバッテリを備え、前記サンギヤおよび前記リングギヤのうち、いずれか一方のギヤに前記第１モータが連結され、他方のギヤに駆動軸側へ動力を伝達する出力部材が連結され、前記出力部材に前記第２モータが連結されたハイブリッド車両であって、少なくとも前記エンジンの出力トルクによって前記ハイブリッド車両を走行させるＨＶ走行と、前記エンジンが停止した状態で前記第１モータおよび前記第２モータの少なくともいずれかの出力トルクによって前記ハイブリッド車両を走行させるＥＶ走行とを選択的に設定して走行するように構成されたハイブリッド車両の制御装置において、前記各駆動力源の運転状態をそれぞれ制御するコントローラを備え、前記コントローラは、アクセル開度に基づいて運転者の加速要求を判定し、車速および前記アクセル開度から決まる要求駆動力に基づいて前記ＥＶ走行が可能な限界となる前記バッテリの出力可能値に対する閾値を求め、前記ＥＶ走行中に前記加速要求ありと判定された時点における前記アクセル開度を基に求められた前記閾値よりも前記出力可能値が小さい場合に、前記エンジンを始動するように構成されていることを特徴とするハイブリッド車両の制御装置である。

この発明によれば、ＥＶ走行中に、運転者の加速要求が発生した時点のアクセル開度を基にして、将来的にＥＶ走行可能限界に達するか否かが判断される。そして、ＥＶ走行可能限界に達する可能性が高いと判断される場合には、加速要求が発生した時点でエンジンが始動される。そのため、運転者のアクセル操作のタイミングとエンジン始動のタイミングとがずれてしまうことを回避して、運転者に違和感を与えてしまうことを抑制することができる。

この発明で対象とすることのできるハイブリッド車両の構成の一例を示す図である。 この発明の制御装置で実行される制御の一例を説明するためのフローチャートである。 図２のフローチャートで示す制御を実行する場合に用いられるマップの一例を説明するための図である。

この発明を、図を参照して具体的に説明する。先ず、図１に、この発明で制御対象とすることのできるハイブリッド車両の一例を示してある。図１に示す車両Ｖｅは、エンジン（ＥＮＧ）１、ならびに、第１モータ（ＭＧ１）２および第２モータ（ＭＧ２）３を駆動力源とするハイブリッド車両である。車両Ｖｅは、エンジン１が出力する動力を、動力分割装置４によって第１モータ２側と駆動軸５側とに分割して伝達するように構成されている。また、第１モータ２で発生した電力を第２モータ３に供給し、その第２モータ３が出力する動力を駆動軸５に付加することができるように構成されている。

エンジン１は、その出力の調整や起動ならびに停止の動作を電気的に制御するように構成されている。例えばガソリンエンジンであれば、スロットル開度、燃料の供給量、点火の実行および停止、ならびに、点火時期などが電気的に制御される。

第１モータ２および第２モータ３は、いずれも、発電機能のあるモータ（いわゆる、モータ・ジェネレータ）であり、例えば永久磁石式の同期電動機などによって構成されている。そして、第１モータ２および第２モータ３は、いずれも、インバータ（図示せず）を介してバッテリ２１に接続されており、回転数やトルク、あるいはモータとしての機能および発電機としての機能の切り替えなどが電気的に制御されるように構成されている。

動力分割装置４は、３つの回転要素を有する差動機構によって構成されている。具体的には、サンギヤ６、リングギヤ７、およびキャリア８を有する遊星歯車機構によって構成されている。図１に示す例では、シングルピニオン型の遊星歯車機構が用いられている。

上記の動力分割装置４を構成する遊星歯車機構は、エンジン１の出力軸１ａと同一の回転軸線上に配置されている。そして、遊星歯車機構のサンギヤ６に第１モータ２が連結されている。なお、第１モータ２は、動力分割装置４に隣接してエンジン１とは反対側に配置されていて、その第１モータ２のロータ２ａに一体となって回転するロータ軸２ｂがサンギヤ６に連結されている。そのサンギヤ６に対して同心円上に、内歯歯車のリングギヤ７が配置されている。これらサンギヤ６とリングギヤ７とに噛み合っているピニオンギヤ９がキャリア８によって自転および公転できるように保持されている。そして、キャリア８には、この動力分割装置４の入力軸４ａが連結されていて、その入力軸４ａに、ワンウェイクラッチタイプのブレーキ１０を介して、エンジン１の出力軸１ａが連結されている。

ブレーキ１０は、出力軸１ａもしくはキャリア８と、ハウジングなどの固定部材（図示せず）との間に設けられている。そして、出力軸１ａもしくはキャリア８に、エンジン１の回転方向と逆方向のトルクが作用した場合に係合してその回転を止めるように構成されている。このようなワンウェイクラッチタイプのブレーキ１０を使用することにより、トルクの作用方向に応じて出力軸１ａおよびキャリア８の回転を止めることができる。なお、このワンウェイクラッチタイプのブレーキ１０に替えて、例えば、摩擦クラッチやドグクラッチタイプのブレーキ機構を用いることもできる。

動力分割装置４を構成する遊星歯車機構のリングギヤ７の外周部分に、外歯歯車のドライブギヤ１１が一体に形成されている。また、動力分割装置４や第１モータ２などの回転軸線と平行に、カウンタシャフト１２が配置されている。このカウンタシャフト１２の一方（図１での右側）の端部に、上記のドライブギヤ１１と噛み合うカウンタドリブンギヤ１３が一体となって回転するように取り付けられている。カウンタシャフト１２の他方（図１での左側）の端部には、終減速機であるデファレンシャルギヤ１４のリングギヤ１５と噛み合うカウンタドライブギヤ１６が、カウンタシャフト１２に一体となって回転するように取り付けられている。したがって、動力分割装置４のリングギヤ７が、上記のドライブギヤ１１、カウンタシャフト１２、カウンタドリブンギヤ１３、およびカウンタドライブギヤ１６からなるギヤ列、ならびに、デファレンシャルギヤ１４を介して、駆動軸５に連結されている。

上記の動力分割装置４から駆動軸５に伝達されるトルクに、第２モータ３が出力するトルクを付加できるように構成されている。すなわち、上記のカウンタシャフト１２と平行に第２モータ３が配置されていて、そのロータ３ａに一体となって回転するロータ軸３ｂに連結されたリダクションギヤ１７が、上記のカウンタドリブンギヤ１３に噛み合っている。したがって、動力分割装置４のリングギヤ７には、上記のようなギヤ列あるいはリダクションギヤ１７を介して、駆動軸５および第２モータ３が連結されている。

上記のように、この車両Ｖｅは、エンジン１の出力軸１ａおよび第１モータ２のロータ軸２ｂが動力分割装置４を介して駆動軸５側のギヤ列およびデファレンシャルギヤ１４に連結されている。すなわち、エンジン１および第１モータ２の出力トルクが、遊星歯車機構によって構成された動力分割装置４を介して、駆動軸５側へ伝達されるように構成されている。

後述するように、この車両Ｖｅの制御装置は、アクセル開度に基づいて運転者の加速要求を判定し、車速およびアクセル開度から決まる要求駆動力に基づいてＥＶ走行が可能な限界となるバッテリ２１の出力可能値に対する閾値αを求めるように構成されている。そのため、車両Ｖｅには、アクセル開度、アクセル開度の変化量、およびアクセル開度の変化速度等を検出するためのアクセル開度センサ１８が設けられている。また、車速を検出するための車速センサ（もしくは車輪速センサ）１９が設けられている。その他にも、例えば、バッテリ２１のＳＯＣを検出するＳＯＣセンサ２０などが設けられている

そして、上記のようなエンジン１の運転制御、ならびに、第１モータ２および第２モータ３の回転制御などを実行するためのコントローラ（ＥＣＵ）２２が設けられている。コントローラ２２は、例えばマイクロコンピュータを主体にして構成される電子制御装置である。このコントローラ２２には、上記のアクセル開度センサ１８、車速センサ１９、およびＳＯＣセンサ２０などの計測値あるいは検出値が入力されるように構成されている。そして、それら入力されたデータおよび予め記憶させられているデータ等を使用して演算を行い、その演算結果を基に制御指令信号を出力するように構成されている。

上記のように構成された車両Ｖｅは、駆動力源としてのエンジン１ならびに第１モータ２および第２モータ３を有効に利用して、エネルギ効率あるいは燃費が良好になるように制御される。具体的には、少なくともエンジン１の出力によって車両Ｖｅを走行させる「ＨＶ走行モード」と、エンジン１の運転を停止して第１モータ２および第２モータ３の少なくともいずれかのモータの出力によって車両Ｖｅを走行させる「ＥＶ走行モード」とが、車両Ｖｅの走行状態に応じて適宜に選択される。

上記の各走行モードのうち、特に「ＥＶ走行モード」は、第２モータ３単独の出力によって車両Ｖｅを走行させる「第１ＥＶ走行モード」と、第１モータ２および第２モータ３の両方のモータ・ジェネレータの出力により、高出力で車両Ｖｅを走行させる「第２ＥＶ走行モード」とに区分される。これら「第１ＥＶ走行モード」と「第２ＥＶ走行モード」とが、車両Ｖｅの走行状態に応じて適宜に選択される。

「第１ＥＶ走行モード」では、第２モータ３がモータとして正方向（エンジン１の出力軸１ａの回転方向）に回転してトルクを出力するように制御される。そして、その第２モータ３の出力トルクによって発生させた駆動力で車両Ｖｅが走行させられる。

「第２ＥＶ走行モード」では、第１モータ２および第２モータ３の両方の出力によって車両Ｖｅが走行させられる。この「第２ＥＶ走行モード」では、第１モータ２がモータとして負方向（エンジン１の出力軸１ａの回転方向と逆方向）に回転してトルクを出力するように制御される。また、第２モータ３がモータとして正方向に回転してトルクを出力するように制御される。そして、それら第１モータ２の出力トルクおよび第２モータ３の出力トルクによって発生させた駆動力で車両Ｖｅが走行させられる。この場合、エンジン１の出力軸１ａには負方向のトルクが作用するため、ワンウェイブレーキ１０が係合する。したがって、エンジン１の出力軸１ａおよび動力分割装置４の遊星歯車機構におけるキャリア８の回転が止められて固定された状態で、第１モータ２および第２モータ３の両方の出力トルクによって、高出力でかつ効率良く車両Ｖｅを走行させることができる。

なお、車両Ｖｅが、前述したようなＰＨＶである場合には、通常のハイブリッド車両と比較して大容量のバッテリ２１が搭載されている。したがって、上記のような「第１ＥＶ走行モード」および「第２ＥＶ走行モード」でＥＶ走行することが可能な領域が広くなる。あるいは、ＥＶ走行を継続することが可能な時間が長くなる。

上記のような「ＥＶ走行モード」のうち、「第２ＥＶモード」でハイブリッド車両Ｖｅを走行させている際に、例えばより大きな駆動力が要求されることにより、エンジン１を始動させる場合は、第１モータ２の出力トルクによってエンジン１をクランキングする。この場合、第１モータ２は、第２モータ３と共に車両Ｖｅの駆動力を発生するための駆動トルクを出力している。そのため、第１モータ２でエンジン１をクランキングするためのトルクを出力すると、その分、駆動トルクが不足して車両Ｖｅの駆動力が落ち込むことになる。その結果、運転者に違和感やショックを与えてしまう可能性がある。

上記のような駆動力の落ち込みに対して、第１モータ２が出力する駆動トルクの低下分を、第２モータ３の出力トルクで補償することにより、駆動力の落ち込みを抑制して、適切にエンジン１を始動させることができる。一方、そのような第２モータ３による駆動力の補償は、第２モータ３の出力、および、第２モータ３に電力を供給するバッテリ２１の出力に余裕がある領域内で実行される。

上記のように「ＥＶ走行モード」で車両ＶｅがＥＶ走行している際に、運転者の加速要求によりアクセルペダルが踏み込まれると、その加速要求の大きさに応じて、エンジン１を始動させる必要があるか否かについて判定される。このとき、従来の制御では、例えば図３に示すように、車速ｖ1の時点で運転者のアクセル操作によりアクセル開度がθ1になると、バッテリ２１の出力がＷout1の場合には、車両Ｖｅが車速ｖ1から増加して車速ｖ2になった時点で、ＥＶ走行の可能な状態が限界に達することにより、エンジン１が始動されることになる。この場合、運転者のアクセル操作のタイミングからずれてエンジン１が自動的に始動される。そのため、運転者が予期していない状態でエンジン１が始動される場合があり、その結果、運転者は違和感に感じてしまう場合がある。

そこで、この発明における制御装置では、ＥＶ走行中のエンジン１の始動制御を、運転者に違和感を与えることなく適切に実行するため、以下の例に示す制御を実行するように構成されている。

図２は、この発明における制御装置により実行される制御の一例を示すフローチャートである。ステップＳ１では、車両ＶｅがＥＶ走行中であるか否かが判断される。すなわち、車両Ｖｅが、第１ＥＶ走行モードもしくは第２ＥＶ走行モードで走行中であるか否かが判断される。車両ＶｅがＥＶ走行中でないことにより、このステップＳ１で否定的に判断された場合は、以降の制御を実行することなく、このルーチンを一旦終了する。

これに対して、車両ＶｅがＥＶ走行中であることにより、ステップＳ１で肯定的に判断された場合には、ステップＳ２へ進む。ステップＳ２では、運転者によるアクセルペダルの踏み込み操作があったか否かが判断される。このアクセルペダルの踏み込み操作の有無については、例えば、所定時間内のアクセル開度の変化量や、アクセル開度の変化速度などを基に判定することができる。具体的には、所定時間内のアクセル開度の変化量が所定量以上であった場合に、アクセルペダルの踏み込み操作があったと判定することができる。あるいは、アクセル開度の変化速度が所定速度以上であった場合に、アクセルペダルの踏み込み操作があったと判定することができる。未だアクセルペダルの踏み込み操作がないことにより、このステップＳ２で否定的に判断された場合は、以降の制御を実行することなく、このルーチンを一旦終了する。

これに対して、アクセルペダルの踏み込み操作があったことにより、ステップＳ２で肯定的に判断された場合には、ステップＳ３へ進む。ステップＳ３では、現在のバッテリ２１の出力Ｗoutが、アクセル開度に基づいて設定される閾値αよりも小さいか否かが判断される。バッテリ２１の出力Ｗoutとは、バッテリ２１のＳＯＣを示す値であり、バッテリ２１の出力可能値のことである。また、閾値αとは、車速およびアクセル開度から決まる要求駆動力に基づいてＥＶ走行が可能な限界となるバッテリ２１の出力可能値に対する閾値のことである。この閾値αは、例えば、図３に示すようなマップから求められる。

なお、図３に示すマップは、車速と要求駆動力とに基づく駆動力線図を基にして作成したものであるが、前述したようなＥＶ走行中のエンジン１の始動時における第２モータ３による駆動トルクの補償分は考慮していない。制御の精度を向上させるために、上記のような第２モータ３による駆動トルクの補償分を考慮してバッテリ２１の出力Ｗoutおよび閾値αに関するマップを作成することもできる。

出力Ｗoutが閾値α以上であることにより、このステップＳ３で否定的に判断された場合は、以降の制御を実行することなく、このルーチンを一旦終了する。この場合は、バッテリ２１の出力Ｗoutに十分な余裕がある状態であり、図３に示すようなＥＶ走行上限車速までＥＶ走行を継続させることが可能であると想定される状態である。したがって、エンジン１を始動することなく、現状のＥＶ走行が継続される。

一方、出力Ｗoutが閾値αよりも小さいことにより、ステップＳ３で肯定的に判断された場合には、ステップＳ４へ進む。ステップＳ４では、エンジン１の始動制御が実行される。具体的には、第１モータ２の出力トルクにより、エンジン１がクランキングされる。クランキングによってエンジン１の出力軸１ａの回転数が所定の回転数になると、エンジン１の燃焼運転が開始される。この場合は、バッテリ２１の出力Ｗoutに余裕が少ない状態であり、図３に示すようなＥＶ走行上限車速までＥＶ走行を継続させることは不可能であると想定される状態である。すなわち、図３に従来例として示したように、現在のバッテリ２１の出力ＷoutがＥＶ走行するのに未だ余裕がある状態であっても、将来的には、車速がＥＶ走行上限車速に到達する以前にエンジン１を始動させる必要が生じると想定される状態である。前述したように、運転者のアクセル操作のタイミングからずれてエンジン１の自動的な始動が行われると、運転者に違和感を与えてしまう場合がある。そこで、この制御では、上記のようにバッテリ２１の出力Ｗoutが閾値αよりも小さい場合には、仮に、現在のバッテリ２１の出力ＷoutでＥＶ走行が可能な状態であっても、直ちにエンジン１の始動制御が実行される。

上記のようにしてステップＳ４でエンジン１の始動制御が完了すると、その後、このルーチンを一旦終了する。

１…エンジン（ＥＮＧ）、 １ａ…出力軸、 ２…第１モータ（ＭＧ１）、 ３…第２モータ（ＭＧ２）、 ４…動力分割機構（遊星歯車機構）、 ４ａ…入力軸、 ５…駆動軸、 ６…サンギヤ、 ７…リングギヤ、 ８…キャリア、 ９…ブレーキ、 １８…アクセル開度センサ、 １９…車速センサ、 ２０…ＳＯＣセンサ、 ２１…バッテリ、 ２２…コントローラ（ＥＣＵ）、 Ｖｅ…ハイブリッド車両。

Claims (1)

1. エンジンならびに第１モータおよび第２モータを駆動力源とし、サンギヤとリングギヤと前記エンジンの出力トルクが伝達されるキャリアとを有する遊星歯車機構、ならびに、前記第１モータおよび前記第２モータとの間で電力の授受を行うバッテリを備え、前記サンギヤおよび前記リングギヤのうち、いずれか一方のギヤに前記第１モータが連結され、他方のギヤに駆動軸側へ動力を伝達する出力部材が連結され、前記出力部材に前記第２モータが連結されたハイブリッド車両であって、少なくとも前記エンジンの出力トルクによって前記ハイブリッド車両を走行させるＨＶ走行と、前記エンジンが停止した状態で前記第１モータおよび前記第２モータの少なくともいずれかの出力トルクによって前記ハイブリッド車両を走行させるＥＶ走行とを選択的に設定して走行するように構成されたハイブリッド車両の制御装置において、
   前記各駆動力源の運転状態をそれぞれ制御するコントローラを備え、
   前記コントローラは、
   アクセル開度に基づいて運転者の加速要求を判定し、
   車速および前記アクセル開度から決まる要求駆動力に基づいて前記ＥＶ走行が可能な限界となる前記バッテリの出力可能値に対する閾値を求め、
   前記ＥＶ走行中に前記加速要求ありと判定された時点における前記アクセル開度を基に求められた前記閾値よりも前記出力可能値が小さい場合に、前記エンジンを始動する
   ように構成されていることを特徴とするハイブリッド車両の制御装置。

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