JP6942558B2 - ハイブリッド車両の制御方法 - Google Patents
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Description
このハイブリッド車両は、モータの動力で走行する電気走行モードとエンジンとモータの動力で走行するハイブリッド走行モードとを切替可能に構成されている。
このコースティング走行では、動力源(エンジン)が車輪から物理的に切り離されるため、停止状態のエンジンを連れ回すことがなく、エンジンの引き摺りに伴うエネルギー損失を回避し、燃費効率を高くすることができる。
特許文献1のハイブリッド車両の駆動トルク制御装置は、運転者によるアクセルペダルの踏込操作によって車両の駆動トルクを負から正に切替える際、ギヤのガタ詰め判定手段で判定した駆動状態切替中、エンジントルクを一定のガタ詰めトルクに維持すると共に目標エンジントルクとエンジンの要求トルクとの差分を補完するようにモータトルク値を増加補正している。
また、クラッチの締結力は摩擦材の摩擦係数に比例し、摩擦係数は温度に比例する。
使用環境等から、クラッチの摩擦材の温度は不安定であり、特に、乾式多板クラッチは湿式多板クラッチに比べて温度変化が顕著であるため、摩擦材の摩擦係数を調整することは容易ではない。
しかし、運転者によるアクセルペダルの踏込操作後、エンジン再始動(クランキング)期間に加え、長期に亙る半クラッチ期間が存在する場合、運転者の加速要求時点と車両による加速動作時点との間に知覚可能な時間差が生じ、運転者が違和感を覚える虞がある。
即ち、車両の操作応答性改善とクラッチ締結に伴うショック低減とは、相反する要求を形成している。
特許文献1の技術では、駆動状態切替中、換言すれば、減速用接触状態から加速用接触状態までの変位期間中、要求トルクよりも小さいギヤガタ詰めトルクをエンジンの出力トルクとして保持することで、ギヤガタ詰めトルクの精度を向上しつつギヤガタ詰め期間(減速用接触状態から加速用接触状態までの変位期間)を短縮化している。
また、コースティング走行中、運転者の加速要求に伴ってエンジン再始動を行った後にクラッチを締結操作した場合、エンジンの初爆トルクがトルクコンバータにより増幅されて車輪に伝達されるため、運転者が知覚するショックが発生する虞もある。
即ち、特許文献1は、クラッチ締結に伴うショック低減について、抜本的な改善の余地が残されている。
前記クラッチ締結後、前記減速用接触状態から加速用接触状態に移行する期間経過後において前記主動側作動部と従動側作動部との相対角速度を収束させるように前記モータを制御する角速度収束ステップを有するため、減速用接触状態から加速用接触状態に移行する期間でエンジン側クラッチ板回転数とインプットシャフト側クラッチ板回転数とを収束させることができる。
また、主動側作動部と従動側作動部との相対角速度を減速用接触状態から加速用接触状態に移行する期間で収束させることにより、主動側作動部と従動側作動部が衝突するときの相対角速度を最小にすることができ、主動側作動部と従動側作動部との衝突に伴うショックを生じることなく、クラッチ締結の早期化を図ることができる。
この構成によれば、コースティング走行による燃費改善を図りつつ、車両の操作応答性改善とクラッチ締結に伴うショック低減とを両立することができる。
この構成によれば、実際の動作検出を必要とすることなく、予め設定された主動側作動部と従動側作動部との相対角度差に基づきモータを制御することができる。
この構成によれば、主動側作動部と従動側作動部との初期状態を減速用接触状態に容易に設定することができる。
この構成によれば、ドライブシャフトの捩れトルクを加味したフィードバック制御によって車両を振動無く加速することができる。
以下の説明は、本発明をハイブリッド車両の制御システムに適用したものを例示したものであり、本発明、その適用物、或いは、その用途を制限するものではない。
まず、実施例1に係るハイブリッド車両のパワートレインPTの概略について説明する。
図1に示すように、このハイブリッド車両のパワートレインPTは、第1動力源として直列4気筒レシプロエンジン1と、このエンジン1の下流側位置に配設された第2動力源としてのモータジェネレータ(以下、モータと略す。)2と、このモータ2の下流側位置に配設された自動変速機(以下、ATと略す。)3と、駆動力を左右1対の車輪5に対して分配するデファレンシャルギヤ機構(以下、デフ機構と略す。)4等を備えている。
第1クラッチ11は、モータ(図示略)によりクラッチ作動油流量及びクラッチ作動油圧を連続的又は段階的に制御して伝達トルク容量を変更可能な乾式多板クラッチによって構成されている。この第1クラッチ11の上流側端部は、軸部6aを介してエンジン1の出力軸に連結され、第1クラッチ11の下流側端部は、軸部6bを介してモータ2の回転軸の上流側端部に連結されている。
第2クラッチ12は、第1クラッチ11と同様に、モータによりクラッチ作動油流量及びクラッチ作動油圧を連続的又は段階的に制御して伝達トルク容量を変更可能な乾式多板クラッチによって構成されている。この第2クラッチ12の上流側端部は、軸部7aを介してモータ2の回転軸の下流側端部に連結され、第2クラッチ12の下流側端部は、軸部7bを介してAT3の回転軸に連結されている。軸部7aには、所定重量を有する上流側フライホイールが配設され、軸部7bには、下流側フライホイールが配設されている(何れも図示略)。
尚、第2クラッチ12は、少なくともモータ2とAT3との駆動力の伝達を断続可能であれば良く、AT3の内部に形成しても良い。
軸6、軸7、出力軸8、及び駆動軸9は、何れも捩り変形可能に形成され、特に、駆動軸9は、バネマスモデルを用いてモデル化可能な特性を有している。
これら複数の動力伝達作動部13、軸14は、車両の走行状態に応じて、隣り合う作動部を各々のギヤの噛み合いを介して駆動する主動側作動部13と、この主動側作動部11から各々のギヤの噛み合いを介して駆動される従動側作動部14とにそれらの機能が切替可能に構成されている。
尚、下流側の作動部によって駆動される従動側作動部14であっても、その作動部よりも上流側の作動部に対しては駆動力を伝達する主動側作動部13の機能を果たしている。
一方、図4に示すように、加速走行時、動力源の角速度が車輪5の回転速度よりも速いため、上流側の作動部が主動側作動部13の機能を果たし、主動側作動部13から駆動される下流側の作動部が従動側作動部14の機能を果たしている。
以下、最も下流側に位置する作動部が主動側作動部13で且つ最も上流側に位置する作動部が従動側作動部14である状態、つまり、最下流側作動部からの動力が最上流側作動部に円滑に伝達される状態(図2)を減速用接触状態と定義し、最も上流側に位置する作動部が主動側作動部11で且つ最も下流側に位置する作動部が従動側作動部14である状態(図4)を加速用接触状態と定義する。
図3に示すように、車両の運転状態が減速走行から加速走行に操作された直後において、最も上流側の作動部が従動側作動部14の機能から主動側作動部13の機能への機能変更途中、換言すれば、変位動作に伴い、最上流側作動部のギヤが隣り合う作動部のギヤから所定距離離隔した過渡状態になる。
そして、複数の動力伝達作動部13、14には、構造全体として、最下流側作動部の動力が最上流側作動部に伝達される減速用接触状態から最上流側作動部の動力が最下流側作動部に伝達される加速用接触状態に亙って変位するための相対角度差Δθが形成されている。本実施例の相対角度差Δθは、例えば、約4°に予め設定されている。
尚、加速用接触状態から減速用接触状態に亙って変位するための相対角度差Δθは、減速用接触状態から加速用接触状態に亙って変位するための相対角度差Δθと同じである。
この状態でモータ2を駆動した場合、モータ2の回転出力がAT3側に伝達される。AT3は、伝達された回転出力を選択中の変速段に変速してAT3の出力軸8から出力する。AT3の出力軸8からの駆動力は、デフ機構4を介して左右の車輪5に至り、EVモードによる走行が実行される。
高負荷・高速運転時に実行されるハイブリッド走行モード(以下、HEVモードと表す。)が要求された場合、第1、第2クラッチ11、12が共に締結される。
この状態では、エンジン1の回転出力又は、エンジン1の回転出力及びモータ2の回転出力の双方がAT3側に伝達される。AT3は、伝達された回転出力を選択中の変速段に変速してAT3の出力軸8から出力する。出力軸8からの駆動力は、デフ機構4及び駆動軸9を介して左右の車輪5に至り、HEVモードによる走行が実行される。
尚、EVモード及びHEVモードの走行モード切替タイミングは、車速と負荷とをパラメータとして設定されたマップが予め用意されており、このマップに基づき判定される。
これで、エンジン1は停止状態になり、デフ機構4の作動部の状態は、最下流側作動部の動力が最上流側作動部に伝達される減速用接触状態になっている。
以上により、停止中のエンジン1が車輪5から物理的に切り離されるため、エンジン1の引き摺りに伴うエネルギー損失を回避し、燃費効率を高くしている。
尚、以下の説明は、ハイブリッド車両の制御方法の説明を含むものである。
図5に示すように、このパワートレインPTは、統合コントローラとしてのVCM(Vehicle Control Module)20(制御手段)によって統合制御されている。
VCM20は、エンジン1に対して目標回転数及び目標トルクの指令信号を出力するPCM21と、モータ2に供給する電気量を制御するインバータ15に対してモータ2の目標回転数及び目標トルクに応じた指令信号を出力するTMCM22と、第1、第2クラッチ11、12のモータに対して作動指令信号を出力するTCM23とに電気的に接続され、これらの制御モジュール対して周期的に制御指令を出力している。
これにより、VCM20は、検出されたスロットルバルブ開度や車速等に応じて、運転者が要求する走行状態(運転状態)を実現するように、PCM21に対してエンジン1の目標回転数及び目標トルクを指令し、TMCM22に対してAT2の目標回転数及び目標トルクを指令している。
尚、コースティング走行中におけるアクセルセンサ35によるオン操作検出時、所謂運転者によるアクセルペダルの踏込操作検出時、運転者による加速要求検出と同時に第1クラッチ11の締結操作とエンジン1の再始動とを実行している。
初期状態設定機能に係る初期状態設定ステップは、角速度収束ステップを実行する前において第2クラッチ12を一時的且つ瞬間的に締結方向に制御することにより、複数の動力伝達作動部13、14を初期状態としての減速用接触状態に設定している。これにより、複数の動力伝達作動部13、14を随時一定の状態に精度良く初期設定することができる。
尚、この初期状態設定ステップは、軸7の回転数NISがエンジン1の回転数Neよりも高いことを実行条件としている。
エンジン回転数増加機能に係るエンジン回転数増加ステップでは、エンジン1の回転数Neが軸部7aの回転数NISとクラッチ締結前に予めクラッチ前後に作り出す所定の回転数差Ndとの和を超えるまでエンジン1を最大トルクで駆動する。エンジン1の回転数Neが軸部7aの回転数NISとモータ2の回転数Nmとの和を超え且つ軸部7aの回転数NISと軸部7bの回転数NDSとの差が所定の第1判定値を超えたとき、第2クラッチ締結機能が実行される。第2クラッチ12は、上流側クラッチ板及び下流側クラッチ板の回転数を一致させるための摺動動作である半クラッチ期間を介することなく、モータの最大能力で締結される。
角速度収束ステップでは、コースティング走行或いは緩減速走行から加速走行に移行する場合、減速用接触状態から加速用接触状態に移行する期間内において主動側作動部13と従動側作動部14との相対角速度ωを収束させるようにモータ2を制御する。
パワープラントモデルMは、エンジン1と、モータ2と、AT3と、デフ機構4等パワープラントPTから車輪5及び駆動軸9を除いた制御対象モデルである。
外乱オブザーバRは、推定エンジントルクeTeと、軸部7aの推定角速度eωISと、軸部7bの推定軸捩れ角θDS等を所定の観測値に基づいて推定可能なオブザーバ機構である。
この相対角度差プロファイルは、期間T1において、減速側下限である原点から急激に立ち上がり、加速側上限に対して徐々に収束するように設定されている。
尚、減速側下限と加速側上限との相対角度差Δθは、予め設定された4°である。
これにより、減速用接触状態(図2参照)から加速用接触状態(図3参照)への移行期間、即ち、期間T1において、主動側作動部13と従動側作動部14が衝突するときの相対角速度ωを最小にすることができ、主動側作動部13と従動側作動部14との衝突に伴うショックを生じることなく、第2クラッチ12の早期締結を図っている。
制振制御機能に係る制振制御ステップは、軸部7a及び駆動軸9に発生する振動を抑制しながら車両を加速させている。
この制振制御ステップでは、モータ2のトルクTmとエンジン1の回転数Neとを観測点とした外乱オブザーバRを用いて軸部7bの推定軸捩れ角eθDS及び駆動軸9の推定捩れトルクTSを推定し、これらの推定軸捩れ反力トルクeTDS及びeTsを考慮してエンジン1及びモータ2に対する制御指令を設定している。
尚、Si(i=1、2…)は、各処理のためのステップを示している。
また、図10のタイムチャートは、1段目から順に、アクセル踏込操作、制御フェーズ、クラッチ締結トルク、エンジン回転数Ne、主動側作動部13と従動側作動部14の相対角度差Δθを夫々示している。
S2では、コースティング走行中に運転者による加速要求が有るか否か判定する。
S2の判定の結果、コースティング走行中に運転者による加速要求が有る場合(時点t0)、エンジン1が停止されているため、エンジン1を再始動して第1フェーズを開始する(S3)。
S3では、第1クラッチ11を最大トルクで締結した後、モータ2を用いてエンジン1のクランキングを行う。
S2の判定の結果、コースティング走行中に運転者による加速要求がない場合、リターンする。
図10の時点t1において、開放中の第2クラッチ12を一時的且つ瞬間的に締結方向に制御することにより、複数の動力伝達作動部13、14を減速用接触状態に設定している。
S4の初期状態設定ステップの後、エンジン1の回転数Neを増加し(S5)、S6に移行する。
S6の判定の結果、エンジン回転数Neがモータ回転数Nmと軸部7aの回転数NISの和を超えた場合、S7に移行し、振動を抑制しつつ第2クラッチ12前後の回転数を合わせるため、エンジン回転数Neについて状態フィードバック回転数制御(エンジン回転数設定ステップ)を実行する。
S6の判定の結果、エンジン回転数Neがモータ回転数Nmと軸部7aの回転数NISの和以下の場合、S5にリターンしてエンジン1の回転数Ne増加を継続する。
S8の判定の結果、エンジン回転数Neがモータ回転数Nmと軸部7aの回転数NISの和と一致した場合(時点t2)、S9に移行し、第2クラッチ12を最大トルクで締結操作する。
主動側作動部13と従動側作動部14との間に相対角度差が存在するため、第2クラッチ12を半クラッチ状態を介すことなく締結しても、クラッチ締結ショックは抑制される。
S8の判定の結果、エンジン回転数Neがモータ回転数Nmと軸部7aの回転数NISの和と一致しない場合、S7にリターンしてエンジン回転数設定ステップを継続する。
伝達作動部13、14が減速用接触状態から加速用接触状態に移行する期間内において主動側作動部13と従動側作動部14との相対角速度を予め設定されている相対角度差プロファイルに基づき算出し、収束させている。これにより、クラッチの締結に伴うギヤ歯打ち現象に起因したショックを低減している。
S11の判定の結果、伝達作動部13、14が減速用接触状態から加速用接触状態に移行完了した場合(時点t3)、S12に移行し、第4フェーズである捩りトルク制御を実行する。
S11の判定の結果、伝達作動部13、14が減速用接触状態から加速用接触状態に移行完了していない場合、S10にリターンして角速度収束ステップを継続する。
S13の判定の結果、運転者による加速要求が終了した場合、捩りトルク制御を終了し(S14)、リターンする。
S13の判定の結果、運転者による加速要求が終了していない場合、S12にリターンして捩りトルク制御を継続する。
図10の相対角度差Δθ(バックラッシ)に示すように、伝達作動部13、14が時点t2から時点t3に亙り減速用接触状態から加速用接触状態へ早期且つ滑らかに移行するため、状態変位に伴うショックの発生が抑制されている。
このハイブリッド車両の制御方法では、車両が減速状態から加速状態に移行するとき、主動側作動部13と従動側作動部14との間に減速用接触状態から加速用接触状態に変位するための相対角度差を形成する準備ステップを有するため、主動側作動部13と従動側作動部14との間に形成された既存のバックラッシを相対角度差として用いることができる。第2クラッチ12締結後、減速用接触状態から加速用接触状態に移行する期間経過後において主動側作動部13と従動側作動部14との相対角速度を収束させるようにモータ2を制御する角速度収束ステップを有するため、減速用接触状態から加速用接触状態に移行する期間で第2クラッチ12のエンジン側クラッチ板回転数(軸部7a回転数)と第2クラッチ12のAT側クラッチ板回転数(軸部7b回転数)とを収束させることができる。
また、主動側作動部13と従動側作動部14との相対角速度を減速用接触状態から加速用接触状態に移行する期間で収束させることにより、主動側作動部13と従動側作動部14が衝突するときの相対角速度を最小にすることができ、主動側作動部13と従動側作動部14との衝突に伴うショックを生じることなく、クラッチ締結の早期化を図ることができる。
1〕前記実施形態においては、原点から急激に立ち上がり、加速側上限に対して徐々に収束するように設定された相対角度差プロファイルの例を説明したが、少なくとも加速側上限に対して収束すれば良く任意の相対角度差プロファイルを採用することができる。
図11(a)に示すように、減速側下限から除々に立ち上がり且つ加速側上限に除々に収束する相対角度差プロファイルを採用することも可能である。相対角速度は、相対角度差プロファイルを微分し(図11(b))、角加速度は、相対角速度を微分して設定する(図11(c))。
2 モータ
3 AT
4 デフ機構
5 車輪
9 駆動軸
12 第2クラッチ
13 主動側作動部
14 従動側作動部
20 VCM
PT パワートレイン
Claims (5)
- エンジンとモータとからなる動力源と、この動力源との間に断続可能なクラッチを介して駆動力を伝達可能に連結されたトランスミッションと、前記トランスミッションと車輪との間に主動側作動部とこの主動側作動部に駆動される従動側作動部とを含むデファレンシャル機構と、前記エンジンとモータに回転数及びトルク指令信号を夫々出力すると共に前記クラッチの締結状態を制御する制御手段とを備えたハイブリッド車両の制御方法において、
車両が減速状態から加速状態に移行するとき、前記主動側作動部と従動側作動部との間に減速用接触状態から加速用接触状態に変位するための移動量を相対角度差として設定する準備ステップと、
前記クラッチ締結後、前記減速用接触状態から加速用接触状態に移行する期間経過後において前記主動側作動部と従動側作動部との相対角速度を収束させるように前記モータを制御する角速度収束ステップと、
を有することを特徴とするハイブリッド車両の制御方法。 - 運転者による加速操作解除が実行されたとき、前記エンジンが停止されると共に前記クラッチを開放操作するコースティングステップと、
運転者による加速操作が実行されたとき、前記エンジンを始動した後、前記クラッチを締結するクラッチ締結ステップと、
を有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方法。 - 前記角速度収束ステップでは、予め設定された前記主動側作動部と従動側作動部との相対角度差マップに応じて前記モータをオープンループ制御す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方法。
- 前記角速度収束ステップの前に、前記クラッチを一時的に締結方向に制御して前記相対角度差の初期状態を設定する初期状態設定ステップを有することを特徴とする請求項1〜3の何れか1項に記載のハイブリッド車両の制御方法。
- 前記角速度収束ステップの後に、ドライブシャフトの捩れトルクを加味して前記モータをフィードバック制御する制振制御ステップを有することを特徴とする請求項1〜4の何れか1項に記載のハイブリッド車両の制御方法。
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