JP3614128B2 - ハイブリッド車両の制御装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、サイクル数が変更されるエンジンと電動機とを動力源として用いるハイブリッド車両の制御装置に関し、特に、電動機を動力源として用いた比較的静粛なモータ走行において、振動の少ない高品質の走行性などが得られるようにする技術に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
車両の要求出力或いはエンジンの動作状態に応じてそのエンジンの運転サイクル数を変更可能とした車両が知られている。たとえば、特開平10−103092号公報に記載されたエンジン制御装置を備えた車両がそれである。これによれば、エンジンに設けられた電磁式の吸気弁および排気弁の作動タイミングが切り換えられることによってエンジンが4サイクル運転から2サイクル運転へ変更されるので、必要に応じて適宜エンジン出力の向上を容易に図ることができ、かつ運転サイクルの変更の際にはエンジン出力の変動を抑制するように制御されることができる。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、車両において、上記のような運転サイクル数を変更可能としたエンジンと電動機とを動力源として選択的に用いるようにしたハイブリッド車両が考えられる。これによれば、必要に応じて、回生エネルギを用いて電動機を駆動させることができることなどにより、エネルギ効率の高い走行が得られる。しかしながら、このようなハイブリッド車両において、たとえばエンジンにより発電しつつその発電電力で電動機を動力源として作動させるモータ走行が行われる場合には、比較的静粛な電動機の作動に対してエンジンの作動による振動が目立つことになり、モータ走行の特徴が損なわれるおそれがあった。
【0004】
本発明は以上の事情を背景として為されたものであり、その目的とするところは、走行中において体感されるエンジンの振動が軽減されるようにしたハイブリッド車両の制御装置を提供することにある。
【0005】
【課題を解決するための手段】
かかる目的を達成するための本発明の要旨とするところは、運転サイクルを変更することが可能なエンジンと電動機とを動力源として用いるハイブリッド車両の制御装置であって、そのハイブリッド車両の走行モードに応じて前記エンジンの運転サイクルを変更する運転サイクル変更制御手段を、含むことにある。
【0006】
【発明の効果】
このようにすれば、運転サイクル変更制御手段により、ハイブリッド車両の走行モードに応じてエンジンの運転サイクルが変更されることから、エンジンの運転サイクル数が走行モードに応じた好適なものとされて走行中において体感されるエンジンの振動が軽減される。たとえば、モータ走行モードでは軽負荷であるため振動にエンジンの振動が目立つようになるが、そのモータ走行モードではエンジンの運転サイクルが4サイクルから2サイクルとされることにより、車両の振動が削減され静粛な運転が可能となる。
【0007】
【発明の他の態様】
ここで、好適には、前記運転サイクル変更制御手段は、前記電動機が動力源として作動させられるモータ走行モードとなると、エンジンの運転サイクル数を相対的に少ないサイクル数へ変更するものである。たとえば、エンジンの運転サイクル数が相対的に少ない第1サイクル数たとえば2サイクルとその第1サイクル数よりも多い第2サイクル数たとえば4サイクルとのいずれかに選択される場合には、モータ走行であるときに第1サイクル数に設定される。このようにすれば、比較的低速且つ軽負荷走行で選択される静粛なモータ走行においてエンジンの運転サイクル数が少なくされるので、車両の振動が低減され、一層静粛な運転が可能となる。
【0008】
また、好適には、前記ハイブリッド車両がモータ走行である場合には、前記エンジンと駆動軸との間の動力伝達を遮断する動力伝達遮断手段を含むものである。このようにすれば、モータ走行時においてエンジンと駆動軸との間が遮断されるので、エンジンの振動が動力伝達経路を通して伝播することが防止され、車両の振動が一層低減される。
【0009】
また、好適には、前記エンジンおよび電動機から出力される動力は無段変速機を介して駆動輪に伝達されるものである。このようにすれば、変速機の変速比が無段階に変化させられるので、変速比の切換ショックのない走行が得られる。
【0010】
また、好適には、前記電動機は、前記エンジンによって逐次駆動される発電機からの電力で継続的に駆動されるものである。このようなモータ走行においてエンジンが常時作動させられるけれども、そのエンジンが相対的に低振動である低サイクル数とされることから、一層静粛なモータ走行が得られる。
【0011】
【発明の好適な実施の形態】
以下、本発明の一実施例を図面に基づいて詳細に説明する。
【0012】
図1は、本発明の一実施例のエンジン制御装置が適用されたハイブリッド車両の動力伝達装置の構成を説明する骨子図である。図において、動力源としてのエンジン10の出力は、振動減衰装置(ダンパ)12、副変速機14を順次介して無段変速機16に入力され、差動歯車装置18および車軸20を介して一対の駆動輪(たとえば前輪)22へ伝達されるようになっている。また、第2の動力源および発電機として機能するモータジェネレータMG2が上記副変速機14の入力軸に連結されている。
【0013】
上記エンジン10は、好適には、燃料消費を減少させるために、燃料が筒内噴射されることにより軽負荷時においては空燃比A/Fが理論空燃比よりも高い燃焼である希薄燃焼が行われるリーンバーンエンジンから構成される。このエンジン10は、たとえば3気筒ずつから構成される左右1対のバンクを備え、その1対のバンクは単独で或いは同時に作動させられるようになっており、作動気筒数の変更が可能とされている。このエンジン10の吸気配管には、必要に応じて過給機を備えているとともに、スロットルアクチュエータによって操作されるスロットル弁とが設けられている。このスロットル弁は、基本的には図示しないアクセルペダルの操作量すなわちアクセル開度θACC に対応する大きさのスロットル開度θTHとなるように制御されるが、エンジン10の出力を調節するために変速過渡時などの種々の車両状態に応じた開度となるように制御されるようになっている。
【0014】
上記エンジン10には、エンジン10の起動、補機の駆動、回転エネルギの回収などのために、電動モータおよび発電機などとして機能するモータジェネレータMG1が連結されている。
【0015】
また、上記エンジン10は、その運転サイクル数が変更可能となるように構成されている。たとえば図2に示すように、各気筒の吸気弁20および排気弁22を開閉駆動する電磁アクチュエータ24および26を含む可変動弁機構28と、クランク軸30の回転角を検出する回転センサ32からの信号に従って上記吸気弁20および排気弁22の作動時期(タイミング)を制御する弁駆動制御装置34とを備えている。この弁駆動制御装置34は、エンジン負荷に応じて作動タイミングを最適時期に変更するだけでなく、加速操作時などの運転サイクル切り換え指令に従って、4サイクル運転を実現する開閉時期および2サイクル運転を実現する開閉時期となるように制御する。上記電磁アクチュエータ24および26は、たとえば図3に示すように、吸気弁20または排気弁22に連結されてその吸気弁20または排気弁22の軸心方向に移動可能に支持された磁性体製の円盤状の可動部材36と、その可動部材36を択一的に吸着するためにそれを挟む位置に設けられた一対の電磁石38、40と、可動部材36をその中立位置に向かって付勢する一対のスプリング42、44とを備えている。
【0016】
前記副変速機14は、ギヤ比(変速比)γA [=エンジン回転速度(入力軸回転速度)/入力軸56の回転速度(出力軸回転速度)]が1である高速側ギヤ段とギヤ比が1/ρ1 である低速側ギヤ段との前進2段、およびギヤ比が−1/ρ2 である高速側ギヤ段とギヤ比が−1/ρ1 である低速側ギヤ段との後進2段を有するラビニヨ型遊星歯車装置を有する有段変速機である。この副変速機14は、第1クラッチC1を介してエンジン10と連結される第1入力軸50と、第1クラッチC1および第2クラッチC2を介してエンジン10と連結される第2入力軸52と、それら第1入力軸50および第2入力軸52に設けられた第1サンギヤS1および第2サンギヤS2と、ブレーキB1を介して非回転のハウジング54と選択的に連結されるキャリヤKと、副変速機14の出力軸すなわち無段変速機16の入力軸56に連結されたリングギヤRと、キャリヤKによって回転可能に支持されるとともに第1サンギヤS1およびリングギヤRと噛み合う軸長の大きい第1遊星歯車P1と、同様にキャリヤKによって回転可能に支持されるとともに第2サンギヤS2および第1遊星歯車P1と噛み合う軸長の短い第2遊星歯車P2とを備えている。前記モータジェネレータMG2は、上記第2入力軸52に連結されている。
【0017】
図4は、上記副変速機14における各摩擦係合装置の係合作動の組み合わせによって得られる変速ギヤ段を,よく知られたP、R、N、D、2、Lなどのシフトレバーの操作位置(シフトポジション)毎に示す係合表である。図4において、○は係合、×は解放、△はスリップ係合を示している。前記副変速機14では、シフトレバーのDポジションにおいて、たとえば第1クラッチC1および第2クラッチC2が係合させられるとともにブレーキBが解放されることにより変速比γA が「1」である高速側ギヤ段(前進2nd)が成立させられ、たとえば第1クラッチC1および第2クラッチC2が解放されるとともにブレーキBが係合されることにより変速比γA が「1/ρ1 」である低速側ギヤ段(前進1st)が成立させられる。また、シフトレバーのRレンジ位置において、たとえば第1クラッチC1およびブレーキBが係合させられるとともに第2クラッチC2が解放されることにより変速比γA が「−1/ρ2 」である後進高速側ギヤ段が成立させられ、たとえば第1クラッチC1およびブレーキBが解放されるとともに第2クラッチC2が係合されることにより変速比γA が「−1/ρ1 」である後進低速側ギヤ段が成立させられる。上記クラッチC1、C2およびブレーキBは何れも油圧アクチュエータによって係合させられる油圧式摩擦係合装置である。
【0018】
上記車両のモータ走行による後進時には、モータジェネレータMG2の回転が反転させられて第2サンギヤS2へ入力される。車両停止中は、基本的には、前進および後進のいずれにおいても上記モータジェネレータMG2によりクリープ力が確保される。このため、二次電池68の充電残量が不足しても、エンジン10を始動することによりモータジェネレータMG2から発電された電力が充電のために二次電池68に供給されるので、故障時以外は、モータジェネレータMG2によるモータ発進走行が常時可能とされている。また、前進走行においては、モータジェネレータMG2でクリープトルクを確保しつつ、モータ発進走行が行われる。また、モータジェネレータMG1でエンジン10を始動させ、同期回転に到達したらクラッチC1が係合させられて、エンジン10によりセカンド(2nd)走行が行われる。エンジン10でも発進可能とされており、低速ではクラッチC1をスリップさせつつ徐々に車速Vを上昇させる。比較的高速となると、クラッチC1を完全に係合させる。後進走行においては、モータジェネレータMG2が反転駆動されてクリープ力が確保され、トルクが必要なときはさらにエンジン10が始動される。低速では上記と同様にクラッチC1がスリップさせられる。このように、上記副変速機14は、少ない回転要素の数ですべての機能が達成される特徴がある。後進走行時のモータジェネレータMG2からエンジン10への動力源切換時においてブレーキB1がそのままであり、摩擦係合装置の作動を切り換える必要がない。
【0019】
図1に戻って、前記無段変速機16は、入力軸56に設けられた有効径が可変の入力側可変プーリ60と、出力軸62に設けられた有効径が可変の出力側可変プーリ64と、それら入力側可変プーリ60および出力側可変プーリ64に巻き掛けられた伝動ベルト66とを備えたベルト式無段変速機である。この伝動ベルト66は、一対の入力側可変プーリ60および出力側可変プーリ64にそれぞれ挟圧された状態で摩擦により動力を伝達する動力伝達部材として機能している。上記入力側可変プーリ60は、入力軸56に固定された固定回転体60aとその入力軸56に軸方向に移動可能且つ軸周りに回転不能に設けられた可動回転体60bとを備え、図示しない入力側油圧シリンダにより挟圧力が付与されるようになっている。また、出力側可変プーリ64も、出力軸62に固定された固定回転体64aとその出力軸62に軸方向に移動可能且つ軸周りに回転不能に設けられた可動回転体64bとを備え、図示しない出力側油圧シリンダにより挟圧力が付与されるようになっている。一般に、上記入力側油圧シリンダは、無段変速機16の変速比γCVT (=入力軸56の回転速度NIN/出力軸62の回転速度NOUT )を変化させるために用いられ、上記出力側油圧シリンダは伝動ベルト66の張力を最適に制御するために用いられる。
【0020】
車両には、充電可能な鉛蓄電池などの二次電池68と、水素などの燃料に基づいて発電を行う燃料電池70とが設けられている。これら二次電池68および又は燃料電池70は、切換装置72によってモータジェネレータMG1および/またはモータジェネレータMG2の電源として選択的に利用され得るようになっている。
【0021】
図5は、電子制御装置80に入力される信号およびその電子制御装置80から出力される信号を例示している。たとえば、電子制御装置80には、アクセルペダルの操作量であるアクセル開度θACC を表すアクセル開度信号、無段変速機16の出力軸62の回転速度NOUT に対応する車速信号、エンジン回転速度NE を表す信号、吸気配管50内の過給圧Pa を表す信号、空燃比A/Fを表す信号、シフトレバーSHの操作位置SH を表す信号などが図示しないセンサから供給されている。また、電子制御装置80からは、燃料噴射弁からエンジン10の気筒内へ噴射される燃料の量を制御するための噴射信号、自動変速機16の変速比γCVT を変更するために油圧制御回路78内のシフト弁を駆動するシフトソレノイドを制御する変速指令信号、無段変速機16の伝動ベルト66の張力を制御するために張力指令信号、エンジン10のサイクル数を指令する信号などが出力される。
【0022】
上記電子制御装置80は、CPU、ROM、RAM、入出力インターフェースなどから成る所謂マイクロコンピュータを含んで構成されており、RAMの一時記憶機能を利用しつつROMに予め記憶されたプログラムに従って信号処理を行うことにより、無段変速機16のギヤ比γCVT を最適値に自動的に切り換える変速制御、無段変速機16の伝動ベルト66の張力を最適値に制御するため張力制御、過給圧制御、空燃比制御、気筒選択切換制御、運転サイクル切換制御などを実行する。たとえば、上記変速制御では、予め記憶されたよく知られた関係(変速線図)からアクセル開度θACC (%)および車速Vに基づいて目標変速比γCVT * を決定し、実際の変速比γCVT がその目標変速比γCVT * と一致するように前記入力側油圧シリンダを作動させる。上記張力制御では、予め記憶された関係から実際のスロットル弁開度θTH、エンジン回転速度NE 、および副変速機14のギヤ比γA に基づいて基本挟圧力を算出し、実際の作動油温度TOIL 、トルク振動幅或いはエンジン10サイクル数に基づいてその基本挟圧力を補正し、その補正後の挟圧力で伝動ベルト66を挟圧してその張力を制御するために出力側油圧シリンダを作動させる。また、気筒選択切換制御では、燃費を良くするために軽負荷走行になると作動気筒数を減少させたり、動弁機構の作動が異常判定された気筒の作動を停止させたりする。上記運転サイクル切換制御では、予め記憶されたマップ(関係)から実際の車速Vおよびアクセル開度θに基づいてエンジン10の運転サイクル数を決定し、この運転サイクル数となるように可変動弁機構28の作動タイミングなどを制御する。
【0023】
図6は、上記電子制御装置80の制御機能の要部を説明する機能ブロック線図である。図6において、シフトポジション判定手段84は、シフトレバーが操作されている位置たとえばP、R、N、D、2、Lのいずれのシフトポジションであるかを判定する。ハイブリッド制御手段86は、エンジン10およびモータジェネレータMG2のいずれを動力源として用いるか、および副変速機14のいずれのギヤ段を用いるかを、燃費および運転性をよくするための関係たとえば図7または図8に示す予め記憶された関係から実際の車速V(km/h)と無段変速機16或いは車軸20の出力トルクTOUT (N・m)とに基づいて決定し、動力源であるエンジン10およびモータジェネレータMG2を切り換えるとともに、副変速機14のギヤ段を切り換える。上記図7に示す関係は前進走行用であり、図8に示す関係は後進走行用である。図7および図8において、「エンジン」はエンジン10を動力源として用いるエンジン走行モード領域を示し、「MG」はモータジェネレータMG2を動力源として用いるモータ走行モード領域を示している。また、「1st」は副変速機14の低速側(第1速)ギヤ段領域を示し、「2nd」は副変速機14の高速側(第2速)ギヤ段領域を示している。モータ走行モード判定手段88は、上記ハイブリッド制御手段86によりモータジェネレータMG2を動力源として用いるモータ走行モードに切換られたか否かを判定する。
【0024】
運転サイクル変更制御手段90は、ハイブリッド制御手段86などからの指令に従って、たとえば急加速要求時にはエンジン10の運転サイクルを、第1サイクル数よりも多い第2サイクル数たとえば4サイクルから相対的に少ない(小さい)第1サイクル数たとえば2サイクルへ変更するための指令を弁駆動制御装置34へ出力する。また、運転サイクル変更制御手段90は、シフトポジション判定手段84によってNポジションが判定された場合にも、同様にエンジン10の運転サイクルを上記第1サイクル数たとえば2サイクルとする。また、運転サイクル変更制御手段90は、モータ走行モード判定手段88によって前記モータ走行モードが判定された場合にも、同様にエンジン10の運転サイクルを上記第1サイクル数たとえば2サイクルとする。
【0025】
図9は、電子制御装置80による制御作動の要部すなわち無段変速機16の挟圧力制御ルーチンを説明するフローチャートであり、数msec 乃至数十msec 程度の極めて短い周期で繰り返し実行される。図9において、前記シフトポジション判定手段84に対応するステップ(以下、ステップを省略する)S1では、シフトレバーがNポジションへ操作されたか否かが判定される。このS1の判断が肯定される場合は、前記運転サイクル変更制御手段90に対応するS3において、エンジン10の運転サイクルが上記第1サイクル数たとえば2サイクルへ変更される。しかし、上記S1の判断が否定される場合は、前記モータ走行モード判定手段88に対応するS2において、動力源としてモータジェネレータMG2が用いられるモータ走行モードであるか否かが判断される。このS2の判断が肯定される場合も、前記運転サイクル変更制御手段90に対応するS3において、エンジン10の運転サイクルが上記第1サイクル数たとえば2サイクルへ変更される。
【0026】
しかし、上記S2の判断が否定される場合は、前記ハイブリッド制御手段86に対応するS4において、たとえば図7または図8に示す予め記憶された関係から実際の車速Vおよび出力トルクTOUT に基づいて動力源の切換が実行される。次いで、前記運転サイクル変更制御手段90に対応するS5において、エンジン10の運転サイクルが、前記第1サイクル数よりも多い第2サイクル数たとえば4サイクルへ変更される。
【0027】
上述のように、本実施例によれば、運転サイクル変更制御手段90(S2、S5)により、ハイブリッド車両の走行モードに応じてエンジン10の運転サイクルが変更されることから、エンジン10の運転サイクル数が走行モードに応じた好適なものとされ、体感されるエンジン10の振動が軽減される。これにより、たとえば軽負荷であるためエンジン10の振動が目立つモータ走行モードにおいて、エンジン10の運転サイクルが4サイクルから2サイクルとされ、体感されるエンジン10の振動が軽減される。また、軽負荷領域であるモータ走行モードにおいてエンジン10の運転サイクルが効率のよい2サイクルとされる利点がある。
【0028】
また、本実施例によれば、運転サイクル変更制御手段90により、モータジェネレータ(電動機)MG2が動力源として作動させられるモータ走行モードとなると、エンジン10の運転サイクル数が相対的に少ないサイクル数へが変更されることから、比較的低速且つ軽負荷走行で選択される静粛なモータ走行においてエンジン10の運転サイクル数が少なくされるので、体感される車両の振動が低減され、一層静粛な運転が可能となる。
【0029】
また、本実施例によれば、ハイブリッド車両がモータ走行モードである場合には、エンジン10と駆動軸20との間の動力伝達を遮断する動力伝達遮断手段として機能するクラッチC1が解放されることから、モータ走行時においてエンジン10と駆動軸20との間が遮断されるので、エンジン10の振動が動力伝達経路を通して伝播することが防止され、車両の振動が一層低減される。
【0030】
また、本実施例によれば、エンジン10およびモータジェネレータ(電動機)MG2から出力される動力は無段変速機16を介して駆動輪22へ伝達されるものであることから、無段変速機16の変速比が無段階に変化させられるので、変速比の切換ショックのない走行が得られる。
【0031】
また、本実施例によれば、モータジェネレータ(電動機)MG2は、エンジン10によって逐次駆動されるモータジェネレータ(発電機)MG1からの電力で継続的に駆動されるものであることから、モータ走行モードではエンジン10が常時作動させられるけれども、そのエンジン10が相対的に低振動である低サイクル数とされることから、一層静粛なモータ走行が得られる。
【0032】
以上、本発明の一実施例を図面に基づいて説明したが、本発明はその他の態様においても適用される。
【0033】
たとえば、前述の実施例において、動力源としてモータジェネレータMG2が用いられていたが、電動機であってもよい。
【0034】
また、前述の実施例において、エンジン10のサイクル数は、2サイクルと4サイクルとの間で変更されるものであったが、たとえば2サイクルと4サイクルと6サイクルとの間で切り換えられるものであってもよい。
【0035】
また、前述の実施例の無段変速機16はベルト式無段変速機であったが、共通の軸心まわりに回転させられる一対のコーンと、その軸心と交差する回転中心回転可能な複数個のローラがそれら一対のコーンの間で挟圧され、そのローラの回転中心と軸心との交差角が変化させられることによって変速比が可変とされた所謂トラクション型無段変速機であってもよい。また、前述の実施例の副変速機14および無段変速機16に替えて、遊星歯車式多段変速機、常時噛合式平行2軸型融点変速機などが設けられていてもよい。
【0036】
また、前述の実施例の車両では、吸気弁20および排気弁22が電磁アクチュエータ24および26により駆動制御される電磁式の可変動弁機構28が設けられていたが、それに代えて、吸気弁20および排気弁22を上下(リフト)させるカムを回転駆動するバルスモータ或いはサーボモータを設け、それらバルスモータ或いはサーボモータの出力軸を速度制御する形式の可変動弁機構などであっても差し支えない。
【0037】
その他、一々例示はしないが、本発明は当業者の知識に基づいて種々の変更、改良を加えた態様で実施することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例の車両用無段変速機の制御装置によって挟圧力が制御される無段変速機を含む車両用動力伝達装置の構成を説明する骨子図である。
【図2】図1のエンジンの各気筒に設けられた可変動弁機構を説明する図である。
【図3】図2の可変動弁機構に設けられて吸気弁或いは排気弁を開閉作動させる電磁アクチュエータの構成を説明する図である。
【図4】図1の副変速機におけるシフトレバーの操作位置および摩擦係合装置の作動の組み合わせによって得られる走行モード或いはギヤ段を説明する図である。
【図5】図1の実施例の車両に設けられた電子制御装置の入出力信号を説明する図である。
【図6】図5の電子制御装置の制御機能の要部を説明する機能ブロック線図である。
【図7】図6のハイブリッド制御手段において、動力源および副変速機のギヤ段を決定するために用いられる予め記憶された関係であって、前進走行用のものを示す図である。
【図8】図6のハイブリッド制御手段において、動力源および副変速機のギヤ段を決定するために用いられる予め記憶された関係であって、後進走行用のものを示す図である。
【図9】図5の電子制御装置の制御作動の要部を説明するフローチャートである。
【符号の説明】
10:エンジン
80:電子制御装置
84:シフトポジション判定手段
86:ハイブリッド制御手段
88:モータ走行モード判定手段
90:運転サイクル変更制御手段
MG2:モータジェネレータ(電動機)
Claims (5)
- 運転サイクルを変更することが可能なエンジンと電動機とを動力源として用いるハイブリッド車両の制御装置であって、
前記ハイブリッド車両の走行モードに応じて前記エンジンの運転サイクルを変更する運転サイクル変更制御手段を、含むことを特徴とするハイブリッド車両の制御装置。 - 前記運転サイクル変更制御手段は、動力源として前記電動機が用いられるモータ走行である場合には、該エンジンの運転サイクル数を少なくするものである請求項1のハイブリッド車両の制御装置。
- 前記モータ走行である場合には、前記エンジンと駆動軸との間の動力伝達を遮断する動力伝達遮断手段を含むものである請求項1または2のハイブリッド車両の制御装置。
- 前記エンジンおよび電動機から出力される動力は無段変速機を介して駆動輪に伝達されるものである請求項1乃至3のいずれかのハイブリッド車両の制御装置。
- 前記電動機は、前記エンジンによって駆動される発電機からの電力で継続的に駆動されるものである請求項1乃至4のいずれかのハイブリッド車両の制御装置。
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