JP5724289B2 - ハイブリッド車両の制御装置 - Google Patents

Description

この発明はハイブリッド車両の制御装置において、イグニションオフ時の異音を防止する技術に関する。

内燃機関（エンジン）及びモータの少なくとも一方の動力を用いて車両を駆動させるハイブリッド車両において、エンジン及びモータの動力を摩擦締結要素（クラッチ）によって駆動軸へと断続させる構造が知られている。

このような構造において、非走行レンジで摩擦締結要素を締結した状態で内燃機関の作動中に、内燃機関の停止要求があったとき、内燃機関を停止させると共に、締結要素をスリップ制御させるハイブリッド車両の制御装置（特許文献１参照。）が知られている。

特開２００９−２０８７００号公報

停車中にエンジンによってモータを発電モードで駆動している場合において、バッテリ容量が少なくエンジンの再起動ができない程にバッテリ容量が小さい場合はクラッチを開放できない。また、エンジンとモータとを同時に停止させた場合に、エンジンよりもモータの発電トルクの方が応答良く低下するため、応答遅れによりエンジンが吹け上がる可能性があり、振動や異音の原因となる。

本発明はこのような問題点に鑑みてなされたものであり、イグニションオフ時にエンジンから振動や異音の発生を防止することを目的とする。

本発明の一実施態様は、エンジン又はモータジェネレータの駆動力によって走行し、モータジェネレータを発電機として動作させてバッテリに蓄電可能なハイブリッド車両のエンジン及びモータジェネレータの動作を制御する制御装置に適用される。

制御装置は、停車中にエンジンの駆動力によってモータジェネレータを発電機として動作させているときに、エンジンの駆動トルクを予め設定したエンジン停止可能トルクに低減させた後に、エンジンへの燃料供給を停止してエンジンの動作を停止させるエンジン停止手段を備え、エンジン停止手段は、エンジンの停止指令に基づきエンジンを停止するときは、エンジン停止可能トルクを、発電中のモータジェネレータの回転トルクに基づいて、エンジンへの燃料の供給を停止したときにエンジンの回転速度が吹け上がりしない値に設定し、エンジンの駆動トルクをエンジン停止可能トルクに低減させた後に、エンジンへの燃料供給を停止すると同時に、モータジェネレータの動作を停止させる。

本発明によると、エンジンとモータとを同時に停止させる場合に、エンジンの駆動トルクをエンジン停止トルクに低減させてからエンジンを停止するので、モータジェネレータの発電トルクが応答良く低下することによりエンジンが吹け上がったり、エンジンの気筒内圧の圧縮反力によって発生する異音や振動を防止できる。

本発明の実施形態のハイブリッド車両のパワートレインの一例の構成図である。 本発明の実施形態のハイブリッドシステムの構成ブロック図である。 本発明の実施形態のエンジン停止処理のフローチャートである。 本発明の実施形態のエンジン停止処理のタイムチャートである。 本発明の実施形態のハイブリッド車両のパワートレインの他の例の構成図である。 本発明の実施形態のハイブリッド車両のパワートレインの他の例の構成図である。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。

図１は、本発明の第実施形態のハイブリッド車両のパワートレインの構成図を示す。なお、図５、図６に示したように、ハイブリッド車両のパワートレインの構成、特に第２クラッチ５の位置は図１に示すものに限定されない。

図１に示すハイブリッド車両のパワートレインは、内燃機関としての駆動力源であるエンジン１と、電力によって駆動力を発生するモータジェネレータ２とが、車両の進行方向に直列に配置されている。これらの駆動力は、自動変速機３により変速されて、ディファレンシャルギア６を介して駆動輪７に出力される。

モータジェネレータ２は、モータとして作用して駆動力を発生したり、ジェネレータとして作用して電力を発生させる。

エンジン１のクランクシャフト（出力軸）１ａとモータジェネレータ２の入力軸２ａとは、第１クラッチ４を介して連結される。また、モータジェネレータ２の出力軸２ｂは、自動変速機３の入力軸３ａに連結される。自動変速機３の出力軸３ｂは、ディファレンシャルギア６が接続される。

自動変速機３は、複数の摩擦要素（クラッチやブレーキ等）を選択的に締結及び解放することによって、これら摩擦要素の組み合わせにより伝達経路を選択して変速段を決定する。従って自動変速機３は、入力軸３ａからの回転を、選択された変速段に応じた変速比に変速して出力軸３ｂに出力する。

自動変速機３は、複数の摩擦要素のうちの１つを第２クラッチ５として用いる。自動変速機３は、第１クラッチ４を介して入力されるエンジン１の動力と、モータジェネレータ２から入力される動力を合成して駆動輪７へ出力する。

第１クラッチ４は、例えば、油圧によって締結状態が制御される乾式クラッチにより構成される。また、第２クラッチは、油圧によって容量が制御される湿式多板クラッチにより構成される。なお、いずれも、乾式クラッチ又は湿式多板クラッチにより構成されていてもよい。

第１クラッチ４は、第１クラッチ４のストローク量を検出するストロークセンサ２３を備える。

エンジン１の出力軸１ａは、エンジン１の回転速度Ｎｅを検出するエンジン回転速度センサ１０を備える。また、モータジェネレータ２の入力軸２ａは、モータジェネレータ２の回転速度Ｎｍを検出するモータジェネレータ回転速度センサ１１を備える。

自動変速機３は、自動変速機３の入力軸回転速度Ｎｉを検出する自動変速機入力軸回転速度センサ１２と、自動変速機３の出力軸回転速度Ｎｏを検出する自動変速機出力軸回転速度センサ１３とを備える。

これら各センサが出力する信号は、図２で後述する統合コントローラ２０へと出力される。

このように構成されたハイブリッド車両のパワートレインは、第１クラッチ４の締結状態に応じて３つの走行モードを有している。第１の走行モードは、第１クラッチ４を開放状態として、モータジェネレータ２の動力のみで走行する電気走行モード（以下「ＥＶモード」という）である。

第２の走行モードは、第１クラッチ４を締結状態として、エンジン１及びモータジェネレータ２の双方の動力を用いて走行するハイブリッド走行モード（以下「ＨＥＶモード」という）である。

第３の走行モードは、第１クラッチ４を締結状態として、第２クラッチ５をスリップ制御させてエンジン１とモータジェネレータ２との動力で走行するスリップ走行モード（以下「ＷＳＣ（Wet Start Clutch）モード」という）である。ＷＳＣモードは、特にバッテリのＳＯＣが低い場合やエンジン水温が低い場合に、クリープ走行を実現する。また、エンジン１が停止状態からの発進時にエンジン１を始動しつつ駆動力を出力可能なモードである。

なお、上記ＨＥＶモードには、「エンジン走行モード」と、「モータアシスト走行モード」と、「走行発電モード」とがある。

エンジン走行モードは、エンジン１のみを駆動源として駆動輪７を駆動するモードである。モータアシスト走行モードは、エンジン１とモータジェネレータ２との双方を駆動源として走行するモードである。走行発電モードとは、エンジン１を駆動源として走行すると同時に、エンジン１の駆動力によってモータジェネレータ２を発電機として機能させるモードである。

また、さらなるモードとして、車両停車時に、エンジン１の駆動力によってモータジェネレータ２を発電機として機能させる発電モードを有する。

統合コントローラ２０は、エンジン１、モータジェネレータ２、第１クラッチ４、第２クラッチ５等を制御して、上記の走行モードを切り換える。

図２は、制御装置を含んだハイブリッドシステムの構成ブロック図である。

ハイブリッドシステムは、統合コントローラ２０、エンジンコントローラ２１、モータジェネレータコントローラ２２、インバータ８及びバッテリ９等から構成される。

統合コントローラ２０は、エンジン回転速度センサ１０、モータジェネレータ回転速度センサ１１、自動変速機入力軸回転速度センサ１２、自動変速機出力軸回転速度センサ１３及びストロークセンサ２３からの信号が入力される。また、アクセル開度ＡＰＯ（＝実アクセル開度ｒＡＰＯ）を検出するアクセル開度センサ１７、バッテリ９の充電状態を検出するＳＯＣセンサ１６からの信号が入力する。

統合コントローラ２０は、アクセル開度ＡＰＯとバッテリ充電状態ＳＯＣと、車速ＶＳＰ（自動変速機出力軸回転速度Ｎｏに比例）とに応じて、パワートレインの動作点を決定し、運転者が望む駆動力を実現できる走行モードを選択する。また、モータジェネレータコントローラ２２に目標モータジェネレータトルク又は目標モータジェネレータ回転速度を指令する。また、エンジンコントローラ２１に目標エンジントルクを指定する。また、第１クラッチ４の油圧を制御するソレノイドバルブ１４、第２クラッチ５の油圧を制御するソレノイドバルブ１５に、それぞれ駆動信号を指令する。

エンジンコントローラ２１は、エンジントルクが目標エンジントルクとなるようにエンジン１を制御する。

モータジェネレータコントローラ２２は、モータジェネレータ２のトルクが目標モータジェネレータトルクとなるよう（又はモータジェネレータの回転速度が目標モータジェネレータの回転速度となるよう）、バッテリ９及びインバータ８を介してモータジェネレータ２を制御する。また、モータジェネレータ２を発電機として用いる場合は、モータジェネレータ２が目標発電トルクとなるようにモータジェネレータの発電トルクを制御する。

インバータ８は、バッテリ９の電力を高周波電流に変換してモータジェネレータ２に供給する。また、モータジェネレータ２が発電状態にあるときは、発電された電力を直流電流に変換してバッテリ９に充電する。

このように構成されたハイブリッド車両において、次にイグニッションオフ時の動作について説明する。

車両が停止しているときに、ドライバーによってイグニッションオフの要求があった場合は、統合コントローラ２０は、エンジン１及びモータジェネレータ２の動作を停止させて、パワートレインを停止させる。

ところで、第１クラッチ４が締結状態で、エンジン１の駆動力によってモータジェネレータ２が回転されて発電を行っている場合（発電モード）は、イグニションオフによって次のような状況が発生しうる。

エンジン１がモータジェネレータ２を駆動して発電を行っているときにイグニッションオフが要求された場合、モータジェネレータ２の発電を停止したときは、発電トルクは応答良く減少する。一方で、駆動状態にあるエンジン１は、イグニションオフにより、まず燃料カットが行われて駆動トルクが減少し、その後回転が漸減する。

このとき、エンジン１が停止する応答性よりもモータジェネレータ２が停止する応答性が速いため、発電トルクが低下することによってエンジン１が停止に至る前に負荷が急減し、エンジン１の回転が吹け上がってしまう可能性がある。

また、エンジン１の駆動トルクを低減する前に燃料カットを行った場合は、エンジン１のシリンダ内圧の圧縮反力が大きくなり、エンジン１の回転速度が漸減する際に共振帯を通過することで、エンジン１に振動及び異音が発生する可能性がある。

このとき、第１クラッチ４をスリップ状態に制御して、エンジン１とモータジェネレータ２とのトルクを分離する方法も考えられる。しかし、例えば、バッテリ９のＳＯＣが著しく低下している場合は、発電の継続のためエンジン１とモータジェネレータ２とを常に直結させる必要があり、この方法が採用できない。

そこで、本発明の実施形態では、次のように構成することによって、イグニッションオフにおけるエンジン１の振動及び異音の発生を防止することができるように構成した。

図３は、本発明の実施形態の統合コントローラ２０が実行するエンジン停止処理のフローチャートである。なお、本フローチャートの処理は統合コントローラ２０において所定間隔（例えば１０ｍｓ）で実行される。

統合コントローラ２０は、運転者によってイグニッションオフ操作がなされ、イグニションオフが要求されたか否かを判定する。イグニションオフ操作が行われていない場合は、ステップＳ６に移行する。

イグニションオフ操作が行われたと判定した場合は、ステップＳ２に移行する。統合コントローラ２０は、第１クラッチ４が締結状態でありモータジェネレータ２が発電を行っている状態、すなわち、停車時における発電モードであるか否かを判定する。停車時発電モードでない場合は、ステップＳ６に移行する。

停車時における発電モードであると判定した場合は、ステップＳ３に移行して、統合コントローラ２０は、エンジン１の駆動トルクを低下させるエンジントルク低下処理を開始する。具体的には、エンジンコントローラ２１が、エンジン１の目標駆動トルクをエンジン停止可能トルクに設定し、エンジン１の駆動トルクを低下させる。なお、エンジン停止可能トルクについては後述する。

次に、統合コントローラ２０は、エンジン１の駆動トルクがエンジン停止可能トルクに達したか否かを判定する。

具体的には、ステップＳ４において、エンジン１の駆動トルクが停止可能トルク以上であるか否かを判定する。エンジン１の駆動トルクが停止可能トルクを下回った場合は、ステップＳ６に移行する。エンジン１の駆動トルクが停止可能トルク以上である場合は、ステップＳ５に移行して、エンジントルク低下処理の開始から所定時間が経過するまで待機するためのタイマを開始する。エンジントルク低下処理の開始から所定時間が経過してタイマが満了した場合は、ステップＳ６移行して、イグニションオフを許可する。

ステップＳ６では、統合コントローラ２０は、イグニションオフを許可する。具体的には、既に運転者によってイグニションオフが要求されている場合は、エンジン１の停止及びモータジェネレータ２の発電の停止等の処理を行い、パワートレインの動作を停止する。

このような処理によって、停車時の発電モードであるときにイグニションオフ操作がされたときに、エンジン１の吹け上がりや振動及び異音の発生を防止することができる。

なお、ステップＳ３において設定されるエンジン停止可能トルクは、次のように設定される。

本発明の実施形態では、イグニションオフが要求されたときに、エンジン１が吹け上がったり振動による異音を防止する為に、エンジン１の停止に先立って、エンジン１の駆動トルクをエンジン停止可能トルクまで低下させる。

エンジン１は、発電中のモータジェネレータ２を駆動している。従って、モータジェネレータ２が発電を停止することで発電トルクが抜けて、エンジン１の負荷が急減しエンジン１が吹け上がることを防止できるトルクにエンジン停止可能トルクを設定する。

このエンジン停止可能トルクは、例えば、エンジン１とモータジェネレータ２との動摩擦係数（フリクション）に基づいて設定する。フリクションが小さければエンジン１の回転速度の減少率が少なくなるので、エンジンの吹け上がりを防ぐためにエンジン停止可能トルクを小さく設定する。

フリクションは、エンジン１やモータジェネレータ２の回転部分の質量や軸受等の摩擦係数によって算出する。また、さらに、フリクションに加え、エンジン１とモータジェネレータ２とが動作している場合のイナーシャを算出して、これらフリクション及びイナーシャに基づいて設定してもよい。

また、エンジン１の駆動トルクが大きい状態で燃料カットを行うと、イナーシャにより気筒内圧による圧縮反力が大きくなるので、エンジン１の共振帯を通過することによる振動が大きくなる。そのため、気筒内圧による圧縮反力が、エンジン１の共振帯を通過しない程度まで、エンジン１のエンジン停止可能トルクを設定する。

なお、この場合は、圧縮反力が小さくなれば良いというものではない。ノッキング等の発生を防止するため、エンジン１に供給可能な燃料の最低供給量よりも燃料供給量を大きくし、そのときの駆動トルクをエンジン停止可能トルクとして設定する。

また、エンジン停止可能トルクを、発電中のモータジェネレータ２の発電トルクによって設定してもよい。エンジン１の駆動トルクは、目標駆動トルクに対して、エンジン回転速度、燃料供給量、排ガスの酸素量等によって相対的に算出する。一方で、モータジェネレータ２の発電トルクは、発電量により容易に算出することができるため精度が高い。また、第１クラッチ４が締結状態である場合は、エンジン１の駆動トルクはモータジェネレータ２の発電トルクにほぼ等しい。

そこで、モータジェネレータ２の発電トルクに基づいてエンジン停止可能トルクを設定する。

具体的には、発電トルクが急減した場合にエンジン１が吹け上がる場合を想定し、エンジン１が吹け上がらない程度の発電トルクを算出して、この発電トルクをエンジン停止可能トルクとして設定する。また、このときのエンジン停止可能トルクについても前述の通り、エンジン１に供給可能な燃料の最低供給量よりも燃料供給量を大きくし、そのときの駆動トルクをエンジン停止可能トルクとして設定してもよい。

また、前述のステップＳ５において設定されるタイマの所定時間は、エンジン１がエンジン停止可能トルクまで十分に低下可能な時間に設定する。なお、このタイマが長時間に設定されると、イグニッションオフ操作した運転者に違和感を与える可能性がある。そこで、このタイマの最大時間を１秒とする。

図４は、本発明の実施形態によるエンジン停止処理のタイムチャートである。

前述のように、停車時発電モードにおいて、イグニションオフ操作が行われたと判定した場合は（図３のステップＳ１でＹｅｓ、ステップＳ２でＹｅｓ）、統合コントローラ２０は、エンジントルク低下処理を開始する。

エンジントルク低下処理において、統合コントローラ２０は、エンジン１の目標トルクをエンジン停止可能トルクへと設定し、エンジン１の駆動トルクを低下させる。また、エンジントルク低下処理の開始から所定時間が経過したかを判定するタイマを動作させる。

その後、エンジン１の駆動トルクが停止可能トルクを下回った場合（図３のステップＳ４でＮｏ）、または、エンジントルク低下処理の開始から所定時間が経過した場合（図３のステップＳ５でＹｅｓ）は、統合コントローラ２０は、イグニションオフを許可する（図３のステップＳ６）。

イグニションオフの許可により、統合コントローラ２０は、エンジン１への燃料の供給をカットする等のエンジン停止制御を行う。エンジン１は、その後停止する。

以上のように、本発明の実施形態は、エンジン１又はモータジェネレータ２からなる駆動源の駆動力によって走行し、エンジンの駆動力又は車両の回生動力によってモータジェネレータ２を発電機として動作させてバッテリ９に蓄電可能なハイブリッド車両に適応される。

そして、エンジン１の駆動力によってモータジェネレータ２が回転されて発電を行っている場合（発電モード）において、運転者からイグニションオフ操作がされた場合に、直ちにイグニションオフを実行しない。エンジン１の駆動トルクをエンジン停止可能トルクまで低減させるか、又は、タイマにより所定時間が満了するまで待機して、イグニションオフを実行する。

これにより、エンジン１の駆動トルクよりもモータジェネレータ２の発電トルクが先に減少することで発生するエンジンの吹け上がりによる異音の発生を防止することができる。また、エンジン１の駆動トルクが高い状態で停止させた場合に、シリンダ内圧が高く圧縮反力によってエンジン１の共振帯を通過することで発生する振動による異音の発生を防止することができる。

なお、エンジン停止可能トルクは、エンジン１の燃料カット時にエンジン１が吹け上がらないトルクに設定する。例えば、エンジン１とモータジェネレータ２との動摩擦係数（フリクション）に基づいて設定する。さらに、フリクションに加え、エンジン１とモータジェネレータ２とが動作している場合のイナーシャを算出して、これらフリクション及びイナーシャに基づいて設定してもよい。これにより、エンジン１の燃料カット時にエンジン１の吹け上がりを防止するので、エンジン１が吹け上がることによる振動や異音を防止できる。

また、エンジン１の燃料カットにより気筒内圧による圧縮反力がエンジン１の共振帯を通過しない程度まで、エンジン１のエンジン停止可能トルクを設定する。この場合は、エンジン１に供給可能な燃料の最低供給量よりも燃料供給量を大きくし、そのときの駆動トルクをエンジン停止可能トルクとして設定する。これにより、気筒内圧による圧縮反力によってエンジン１の共振帯を通過することによる振動を防止することができる。

また、発電中のモータジェネレータ２の発電トルクに基づいてエンジン停止可能トルクを設定する。具体的には、発電トルクが急減した場合にエンジン１が吹け上がる場合を想定し、エンジン１が吹け上がらない程度の発電トルクを算出して、この発電トルクをエンジン停止可能トルクとして設定する。また、このときのエンジン停止可能トルクについても前述の通り、エンジン１に供給可能な燃料の最低供給量よりも燃料供給量を大きくし、そのときの駆動トルクをエンジン停止可能トルクとして設定してもよい。発電トルクは駆動トルクよりも精度高く算出できるので、エンジン１の燃料カットを行うタイミングを最適なタイミングに設定することができ、異音や振動の発生を防止できると共に、燃費を向上できる。

なお、タイマの所定時間は、最大時間を１秒とするので、運転者に違和感を与えることがない。

１ エンジン
２ モータジェネレータ
４ 第１クラッチ
５ 第２クラッチ
２０ 統合コントローラ

Claims (10)

1. エンジン又はモータジェネレータの駆動力によって走行し、前記モータジェネレータを発電機として動作させてバッテリに蓄電可能なハイブリッド車両において、前記エンジン及び前記モータジェネレータの動作を制御する制御装置であって、
   停車中に前記エンジンの駆動力によって前記モータジェネレータを発電機として動作させているときに、前記エンジンの駆動トルクを予め設定したエンジン停止可能トルクに低減させた後に、前記エンジンへの燃料供給を停止して前記エンジンの動作を停止させるエンジン停止手段を備え、
   前記エンジン停止手段は、
   エンジンの停止指令に基づきエンジンを停止するときは、
   前記エンジン停止可能トルクを、発電中の前記モータジェネレータの回転トルクに基づいて、前記エンジンへの燃料の供給を停止したときに前記エンジンの回転速度が吹け上がりしない値に設定し、
   前記エンジンの駆動トルクを前記エンジン停止可能トルクに低減させた後に、前記エンジンへの燃料供給を停止すると同時に、前記モータジェネレータの動作を停止させる
   ことを特徴とするハイブリッド車両の制御装置。
2. 前記エンジン停止可能トルクは、前記エンジン及び前記モータジェネレータの動摩擦係数に基づいて設定されることを特徴とする請求項１記載のハイブリッド車両の制御装置。
3. 前記エンジン停止可能トルクは、前記エンジン及び前記モータジェネレータの動摩擦係数と、前記エンジン及び前記モータジェネレータのイナーシャと、に基づいて設定されることを特徴とする請求項１又は２に記載のハイブリッド車両の制御装置。
4. 前記エンジン停止可能トルクは、前記エンジンへの燃料の供給を停止したときに前記エンジンの気筒内圧による圧縮反力によって前記エンジンの共振帯を通過しないトルクに設定されることを特徴とする請求項１に記載のハイブリッド車両の制御装置。
5. 前記エンジン停止可能トルクは、前記トルクであり、かつ、前記エンジンに供給可能な燃料の最低値以上のトルクであることを特徴とする請求項４に記載のハイブリッド車両の制御装置。
6. 前記エンジン停止可能トルクは、発電中の前記モータジェネレータの回転トルクが、前記エンジンへの燃料の供給を停止したときに前記エンジンの気筒内圧による圧縮反力によって回転速度が変動しないトルクとなるように設定することを特徴とする請求項１に記載のハイブリッド車両の制御装置。
7. 前記エンジン停止可能トルクは、前記エンジンへの燃料の供給を停止したときに前記エンジンの気筒内圧による圧縮反力によって回転速度が変動しない前記トルクの下限値であり、かつ、前記エンジンに供給可能な燃料の最低値によるトルク以上のトルクであることを特徴とする請求項６に記載のハイブリッド車両の制御装置。
8. 前記エンジン停止手段は、イグニションオフが要求されたときに、前記エンジンの駆動トルクを予め設定したエンジン停止可能トルクに低減させた後に、前記エンジンへの燃料供給を停止して前記エンジンの動作を停止させることを特徴とする請求項１に記載のハイブリッド車両の制御装置。
9. 前記エンジン停止手段は、イグニションオフが要求されてから予め定めたエンジン停止タイマが満了した後に、前記エンジンへの燃料供給を停止して前記エンジンの動作を停止させることを特徴とする請求項８に記載のハイブリッド車両の制御装置。
10. 前記エンジン停止手段は、イグニションオフが要求されてから予め定めたエンジン停止タイマが満了した後に、前記エンジンへの燃料供給を停止して前記エンジンの動作を停止させ、前記エンジン停止タイマが、１秒以内に設定されることを特徴とする請求項８又は９に記載のハイブリッド車両の制御装置。

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