JP3772122B2 - 車両のハイブリッドシステム - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、車両の動力源にエンジンと回転電機（モータジェネレータ）を備える車両のハイブリッドシステムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
車両のハイブリッドシステムとして、エンジンの出力軸と変速機の入力軸を断続するクラッチと、電動機と発電機を兼ねる回転電機と、回転電機の入出力軸と変速機の入力軸を連結する歯車伝達機構と、回転電機から供給される電力を蓄える蓄電要素と、を備えたものがある（特願2000-315757号、参照）。
【０００３】
この先願例においては、蓄電要素のSOC（State Of Chage）をパラメータに回転電機の出力とエンジンの出力との分担比を設定する制御マップがハイブリッドシステムを司る制御装置に備えられる。
【０００４】
制御装置は、制御マップから蓄電要素のSOCに応じた出力分担比を求め、この分担比とアクセル操作量（車両駆動力の要求量）に基づいて、回転電機の出力およびエンジンの出力を制御するのである。回転電機の最高出力は低回転時に大きく、回転が上がるに連れて低下する特性のため、車両の発進は、回転電機の出力のみ行われることが望ましい。
【０００５】
その一方、坂道発進を補助するEHS 制御（坂道発進制御）が知られる。これは、坂道停車時にブレーキを効かせると、そのペダルが開放されても、EHS バルブ（坂道発進制御用バルブ）の閉弁により、ブレーキを作動状態に保持する一方、車両の発進に際しては、運転者のクラッチ操作に基づいて、車両が勝手に後退したりしないよう、EHSバルブの開放（開弁）タイミングを適正に制御するものである。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
車両のハイブリッドシステム（特願2000-315757号）においても、坂道発進のEHS制御を取り入れることが考えられる。回転電機の出力のみによる、車両の発進時においては、クラッチが切断状態に保持され、通常はクラッチ操作も行われないため、EHSバルブの開放タイミングを制御しえないことになる。つまり、EHS制御による、坂道発進の補助機能が得られるのは、運転者のクラッチ操作が必要な発進状態に限られてしまう。
【０００７】
この発明は、このような課題に着目してなされたものであり、回転電機の出力のみによる、車両の坂道発進時においても、EHS制御の機能（坂道発進の補助）が有効に生かせるように改良しようとするものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
第１の発明は、エンジンの出力軸と変速機の入力軸を断続するクラッチと、電動機と発電機を兼ねる回転電機と、回転電機の入出力軸と変速機の入力軸を連結する歯車伝達機構と、回転電機からの電力を蓄える蓄電要素と、を備える車両のハイブリッドシステムにおいて、坂道停車時にブレーキを作動状態に保持する坂道発進制御用バルブの開放タイミングを坂道発進時のクラッチ操作に基づいて制御する坂道発進制御ユニットと、回転電機の出力のみによる坂道発進時にクラッチ操作の疑似信号を坂道発進制御ユニットへ出力する手段と、を備えることを特徴とする。
【０００９】
第２の発明は、第１の発明に係る車両のハイブリッドシステムにおいて、クラッチ操作の疑似信号は、車両が停止かつ変速機がギヤ入れ状態かつアクセルがONのときに回転電機の出力が所定値以上に立ち上がると、その時点から所定時間をかけてクラッチが接続されるストローク特性に設定したことを特徴とする。
【００１０】
【発明の効果】
第１の発明においては、クラッチが切断状態に保持され、クラッチ操作も行われない、回転電機の出力のみによる、車両の坂道発進時において、坂道発進制御ユニットはクラッチ操作の疑似信号に基づいて、坂道発進制御用バルブの開放（開弁）タイミングを適正に制御可能となる。
【００１１】
第２の発明においては、クラッチが切断状態に保持され、クラッチ操作も行われない、回転電機の出力のみによる、車両の坂道発進時において、坂道発進制御ユニットは坂道発進に適合するクラッチ操作の疑似信号が得られる、つまり、クラッチ操作の疑似信号は、車両が停止かつ変速機がギヤ入れ状態のとき（発進の待機状態）において、アクセルのONにより回転電機の制御が開始され、変速機へ歯車伝達機構を介して伝達される回転電機の出力が所定値以上に立ち上がると、その時点から所定時間をかけてクラッチを接続するストローク特性に制御されるのである。このため、坂道発進制御において、車両が勝手に後退したりしないよう、坂道発進制御用バルブの適正な開放（開弁）タイミングが得られる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
図１において、１はエンジン、２は歯車式の変速機であり、これらの間に摩擦クラッチ３が介装される。エンジン１は、ディーゼルエンジン（または高圧天然ガスを燃料とするCNGエンジン）が採用される。４は回転電機（モータジェネレータ）であり、その入出力軸４ａは動力伝達機構５（ギヤボックス）を介して変速機２の入力軸２ａに連結される。
【００１３】
変速機２には、そのギヤシフトを制御するコントロールユニット６が備えられる。コントロールユニット６は、運転室のチェンジレバー装置７およびハイブリッド制御ユニット１０（ハイブリッドECU）に接続され、チェンジレバー装置７がギヤシフト指令を発生すると、その指令に応じたギヤシフトをハイブリッドECU１０の命令に従って制御する。
【００１４】
クラッチ３には、これを断続するクラッチアクチュエータ８が備えられる。クラッチアクチュエータ８は、運転者のペダル操作またはハイブリッドECU１０の要求に応じてエンジン１から変速機２およびギヤボックス５への動力の伝達を断続する。エンジン１の燃料噴射量（燃料供給量）を制御するのがエンジン制御ユニット１５（エンジンECU）であり、エンジン１の回転速度（エンジン回転数）を検出するエンジン回転センサ１６が備えられる。エンジンECU１５は、エンジン回転センサ１６の検出信号およびハイブリッドECU１０の要求に応じてエンジン１の燃料噴射量を制御する。
【００１５】
車輪に制動力を発生させるブレーキアクチュエータ２１は、ブレーキ制御ユニット２０（ブレーキECU）により、通常の走行状態においては、ハイブリッドECU１０からの情報（回転電機４の回生制動力）およびブレーキペダル２２の踏み量（要求制動力）に基づいて、前輪（従動輪）の配分制動力を発生させるほか、後輪（駆動輪）の回生制動力で賄い切れない配分制動力の不足分を補うように制御される。２３はブレーキペダル２２の踏み量を検出するブレーキセンサである。
【００１６】
回転電機４は、高効率および小形軽量化の面から、永久磁石型同期電動機（ＩＰＭ同期モータ）が使用され、蓄電要素９にインバータ１１を介して接続される。蓄電要素９には、ブレーキエネルギを短時間で無駄なく高効率に回生するため、車両の電池許容質量に対して必要な出力密度を確保しやすい、電気二重層キャパシタが使用される。
【００１７】
インバータ１１は、ハイブリッドECU１０の要求に応じて回転電機４を電動モードまたは発電モードに制御する。電動モードにおいては、蓄電要素９の充電電力（直流電力）を交流電力に変換して回転電機４を駆動する一方、発電モードにおいては、回転電機４の発電電力（交流電力）を直流電力に変換して蓄電要素９を充電する。
【００１８】
ギヤボックス５は、回転電機４の入出力軸４ａに連結されるドライブギヤ５ａと、変速機２の入力軸２ａに連結されるドリブンギヤ５ｂと、これらに噛み合うアイドラギヤ５ｃと、から構成される。回転電機４の入出力軸４ａの回転は、ギヤボックス５により減速され、変速機２の入力軸２ａへ伝達される一方、変速機２の入力軸２ａの回転は、ギヤボックス５により増速され、回転電機４の入出力軸４ａへ伝達される。
【００１９】
ハイブリッドECU１０は、アクセルペダル１２の踏み量からアクセル開度（要求駆動力）を検出するアクセル開度センサ１３と、クラッチ３の断続状態を検出するクラッチ位置センサ１４と、変速機２のギヤポジションを検出するシフト位置センサ１７と、変速機２の出力側の回転速度を検出する車速センサ１８（変速機２の出力回転センサ）と、変速機２の入力側の回転速度として回転電機４の入出力軸４ａに連結するドライブギヤ５ａの回転速度を検出するギヤ回転センサ１９（変速機２の入力回転センサ）と、が備えられる。
【００２０】
これらの検出信号および蓄電要素９のSOC（State Of Chage）を含む各種情報（エンジンECU１５，ブレーキECU２０，変速機２のコントロールユニット６，インバータ１１、から得られる）に基づいて、ハイブリッドECU１０は、クラッチアクチュエータ８，回転電機４のインバータ１１、を制御する一方、エンジンECU１５およびブレーキECU２０への要求、変速機２のコントロールユニット６への命令（ギヤ抜きのタイミング信号，ギヤ入れのタイミング信号）、後述のEHS-ECU（坂道発進制御ユニット）への疑似信号、を送信する。
【００２１】
図２は、蓄電要素９のSOCをパラメータに回転電機４の出力とエンジン１の出力との分担比を設定する制御マップであり、ハイブリッドECU１０に格納される。ハイブリッドECU１０は、制御マップから蓄電要素９のSOC情報に応じた出力分担比を求め、この分担比と要求駆動力（アクセル操作量）に基づいて、回転電機４の出力およびエンジン１の出力を制御する。つまり、回転電機４が分担出力を発生するようにインバータ１１を制御する一方、エンジンECU１５への要求（エンジン１の分担出力に応じた燃料供給量）を送信するのである。
【００２２】
回転電機４の出力分担比＝１（エンジン１の出力分担比＝０）の場合、クラッチ３を切断した状態において、アクセル操作量に相当する出力が回転電機４から得られるようにインバータ１１を制御する。回転電機４の出力分担比＜１（エンジン１の出力分担比＞０）の場合、クラッチ３を接続した状態において、蓄電要素９のSOCの低下に連れて回転電機４の分担出力が小さくなり、それに応じてエンジン１の分担出力が大きくなるようにエンジンECUへの要求およびインバータ１１を制御する。エンジン１の出力分担比が＝１（回転電機の出力分担比＝０）の場合、アクセル操作量に相当する出力がエンジン１から得られるようにエンジンECU１５へ要求を制御する。
【００２３】
ハイブリッドECU１０は、ブレーキECU２０との協調制御により、蓄電要素９への充電が可能な限り、クラッチ３を切断した状態において、後輪の配分制動力（要求制動力×制動力配分比）に相当する回生制動力が回転電機４から得られるようにインバータ１１を制御する一方、ブレーキアクチュエータ２１により、前輪の配分制動力を発生させるほか、後輪の配分制動力を回生制動力で賄い切れない場合、その不足分の制動力を後輪に発生させるよう、ブレーキECU２０へ要求を送信する。また、蓄電要素９のSOC情報から、発電の必要を判定すると、クラッチ３の接続状態において、エンジン１の出力に余裕がある場合、回転電機４の発電により、蓄電要素９を充電するようにインバータ１１を制御する。
【００２４】
図３において、３０はEHS-ECU３１の制御対象となるEHSバルブ（坂道発進制御用バルブ）であり、ブレーキの配管系に介装される。ブレーキペダル２３を踏み込むと、その踏み量に応じたエア圧がブレーキバルブ３２から前輪のエアブースタ３３ａおよび後輪のエアブースタ３３ｂへ供給され、これらブースタがブレーキバルブ３２からのエア圧を倍力して車輪のブレーキチャンバ（図示せず）へ供給する。
【００２５】
ブレーキの配管系には、ハイブリッドECUとブレーキECUとの協調制御を成立させるバルブ機構（図示せず）が備えられる。通常の走行中は、ブレーキバルブ３２からのエア圧がカットされ、バルブ機構（ブレーキアクチュエータ２１を構成する）からECUバルブ３０を介してエアブースタ３３ａ，３３ｂへエア圧が供給される一方、停車を含む微速走行中は、バルブ機構の制御が停止され、ブレーキバルブ３２からのエア圧がエアブースタ３３ａ，３３ｂへ供給されるようになっている。
【００２６】
EHS-ECU３１は、EHSスイッチ（図示せず）がONの坂道停車時にEHSバルブ３０を閉弁することにより、ブレーキを作動状態に保持する（ブレーキバルブ３２からエアブースタ３３ａ，３３ｂへの供給圧を封じ込める）一方、坂道発進時のクラッチ操作に基づいて、EHSバルブ３０の開弁（開放）タイミングを制御する。クラッチペダル３４のストロークを検出するクラッチストロークセンサ３５と、クラッチ液圧センサ３６（クラッチの配管系において、ペダル３４に連動するマスタシリンダ３７とクラッチブースタとの間に配設される）と、が備えられる。EHS-ECU３１は、クラッチストロークセンサ３４，クラッチ液圧センサ３６、のほか、ドアスイッチ３８，パーキングブレーキスイッチ３９、変速機２のシフト位置センサ１７，車速センサ１８、ストップランプスイッチ４０（ブレーキの配管系に配設される）、からの信号に基づいて、既述のようにEHSバルブ３０を制御するのである。
【００２７】
回転電機４の出力のみによる、車両の発進時においては、クラッチ３が切断状態に維持され、通常はクラッチ操作も行われないので、EHS-ECU３１へクラッチ操作の疑似信号を出力する機能がハイブリッドECU１０に設定される。図４は、その機能を説明するブロック構成であり、クラッチストロークおよびクラッチ液圧の疑似信号を出力する手段１０ａと、マニュアル・オートの選択手段１０ｂと、が備えられる。
【００２８】
疑似信号の出力手段１０ａは、アクセルON信号（アクセル開度センサ１３の検出信号から得られる）、変速機２のギヤセット信号（シフト位置センサ１７の検出信号から得られる）、車速信号（車速センサ１８の検出信号）、ACST信号（インバータ１１へのトルク指令値）、とから疑似信号の出力を制御する。マニュアル・オートの選択手段１０ｂは、坂道発進時に運転者のクラッチ操作が行われると、EHS-ECU３１への疑似信号の出力を停止し、クラッチストロークセンサ３５およびクラッチ液圧センサ３６からの検出信号（クラッチストローク信号およびクラッチ液圧信号）を優先させるためのものである。
【００２９】
図５は、EHSバルブ３０が閉弁状態の坂道発進時における、ハイブリッドECU１０の制御内容を説明するフローチャートであり、S1においては、クラッチストロークセンサ３４の検出信号からクラッチペダルが開放かどうか判定する。S1の判定がnoのときは、S8へ飛び、疑似信号の出力は行わず、運転者のクラッチ操作を優先する一方、S1の判定がyesのときは、S2へ進む。S2においては、クラッチストロークセンサ３４の検出信号からクラッチストロークが所定値（たとえば、６０％）以上か（つまり、クラッチ３は切断状態か）どうかを判定する。S2の判定がnoのときは、「リターン」へ飛ぶ一方、S2の判定がyesのときは、S3へ進む。
【００３０】
S3においては、車速センサ１８の検出信号から停車かどうかを判定する。S4においては、シフト位置センサ１７の検出信号から変速機２がギヤセット状態かどうかを判定する。S5においては、アクセル開度センサ１３の検出信号からアクセルONか（アクセルペダル１２の踏み込まれたか）どうかを判定する。S3〜S5においては、坂道発進の待機状態から、アクセルペダル１２の踏込みにより、回転電機４の出力のみによる、発進制御の開始かどうか、が判定されるのである。
【００３１】
坂道発進に必要な回転電機４の出力（インバータ１１へのトルク指令値ACST）が計算され、インバータ１１はその計算値（ACST）へ回転電機４の出力を次第に立ち上げるように制御される。S6においては、回転電機４の出力が所定（たとえば、ACST６％相当）以上かどうかを判定する。S3〜S6の判定がすべてyesのときは、S7へ進む一方、S3〜S6の判定が１つでもnoのときは、「リターン」へ飛ぶ。S7においては、EHS-ECU３１へクラッチ操作の疑似信号（疑似クラッチストローク信号および疑似クラッチ液圧信号）を出力するのである。
【００３２】
図６は、EHS-ECU３１への疑似信号の制御特性を説明するタイミングチャートであり、クラッチ操作の疑似信号は、車両が停止かつ変速機がギヤ入れ状態かつアクセルがONのときに回転電機４の出力が所定（たとえば、ACST６％相当）以上に立ち上がると、その時点から所定時間（たとえば、0.5s）をかけてクラッチ３が接続となるストローク特性に制御される。
【００３３】
このような構成により、クラッチ３が切断状態に保持され、クラッチ操作も行われない、回転電機４の出力のみによる、車両の発進時においても、EHS-ECU３１は、ハイブリッドECU１０から坂道発進に適合するクラッチ操作の疑似信号が受けられ、この疑似信号に基づいて、EHSバルブ３０の開放（開弁）タイミングを適正に制御することができる。つまり、ハイブリッドシステムにおいて、EHS制御の機能が有効に生かせるのである。
【００３４】
クラッチ操作の疑似信号は、アクセルペダル１２の踏込みにより、回転電機４の出力が所定以上に立ち上がると、その時点から所定時間をかけてクラッチが接続へ至るストローク特性に制御されるので、EHS制御において、車両が勝手に後退したりしないよう、適正なEHSバルブ３０の開放（開弁）タイミングが補償されるのである。
【００３５】
クラッチ操作の疑似信号の制御特性において、クラッチを接続し始める時期（図６においては、回転電機４の出力がACST６％相当以上に立ち上がる時点）およびクラッチの接続にかける時間（図６においては、0.5s）は、坂道発進に必要な回転電機４の出力として計算されるインバータ１１へのトルク指令値ACSTに応じて設定することも考えられる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施形態を表すシステム概要図である。
【図２】同じく制御内容を説明する特性図である。
【図３】同じくEHSの構成を主体とする部分的なシステム概要図である。
【図４】同じくハイブリッドECUの一部機能を説明するブロック図である。
【図５】同じくハイブリッドECUの制御内容を説明するフローチャートである。
【図６】同じく疑似信号の制御特性を説明するタイミングチャートである。
【符号の説明】
１ エンジン
２ 変速機
２ａ 変速機の入力軸
３ クラッチ
４ 回転電機
４ａ 回転電機の入出力軸
５ ギヤボックス
６ 変速機のコントロールユニット
７ チェンジレバー装置
８ クラッチアクチュエータ
９ 蓄電要素（電気二重層キャパシタ）
１０ ハイブリッドECU
１０ａ 疑似信号の出力手段
１０ｂ マニュアル・オートの選択手段
１１ インバータ
１３ アクセル開度センサ
１４ クラッチ位置センサ
１５ エンジンECU
１６ エンジン回転センサ
１７ シフト位置センサ
１８ 車速センサ
３０ EHSバルブ
３１ ESH-ECU
３５ クラッチ（ペダル）ストロークセンサ
３６ クラッチ液圧センサ

Claims (2)

1. エンジンの出力軸と変速機の入力軸を断続するクラッチと、電動機と発電機を兼ねる回転電機と、回転電機の入出力軸と変速機の入力軸を連結する歯車伝達機構と、回転電機からの電力を蓄える蓄電要素と、を備える車両のハイブリッドシステムにおいて、坂道停車時にブレーキを作動状態に保持する坂道発進制御用バルブの開放タイミングを坂道発進時のクラッチ操作に基づいて制御する坂道発進制御ユニットと、回転電機の出力のみによる坂道発進時にクラッチ操作の疑似信号を坂道発進制御ユニットへ出力する手段と、を備えることを特徴とする車両のハイブリッドシステム。
2. クラッチ操作の疑似信号は、車両が停止かつ変速機がギヤ入れ状態かつアクセルがONのときに回転電機の出力が所定値以上に立ち上がると、その時点から所定時間をかけてクラッチが接続されるストローク特性に設定したことを特徴とする請求項１の記載に係る車両のハイブリッドシステム。

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