JP7201563B2 - ハイブリッド車両の制御装置および制御方法 - Google Patents

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Description

本開示は、エンジンと、駆動系にトルクを出力可能な電動機と、エンジンと電動機とを連結すると共に両者の連結を解除する油圧クラッチとを含むハイブリッド車両の制御装置および制御方法に関する。
従来、この種のハイブリッド車両の制御装置として、エンジンの停止状態でエンジン始動要求がなされた場合に、クラッチ(切離用係合装置)をスリップ制御して当該クラッチを介して伝達される回転電機からのトルクにより内燃機関を始動させるものが知られている(例えば、特許文献1参照)。この制御装置は、エンジンの点火制御が開始された後、クラッチをスリップ係合状態から完全係合状態へと移行させ、スリップ状態から完全係合状態への移行中の所定期間、要求駆動力に応じたエンジン要求出力トルクに対して抑制されたトルクを出力するようにエンジンを制御する。
特開2013-028304号公報
上記従来の制御装置は、点火制御の開始後におけるエンジン回転数の上昇度合いを小さく抑えることで、クラッチの完全係合により一体に回転するエンジンおよび回転電機の回転数のオーバーシュートと、クラッチの完全係合前後における回転電機の回転加速度のステップ的な変化とを抑制しようとするものである。しかしながら、回転電機の回転数は、車両状態等に応じて変動する。このため、上述のような制御が行われても、エンジンの過剰な吹き上がりや、エンジンと回転電機との回転同期の遅れを生じてしまい、クラッチの完全係合に際してショックが発生するおそれがある。
そこで、本開示は、スリップ制御される油圧クラッチを介して伝達される電動機からのトルクによりエンジンを始動させる際に、エンジンと電動機との回転同期の遅れやショックの発生を抑制しつつ油圧クラッチを完全係合させることを主目的とする。
本開示のハイブリッド車両の制御装置は、エンジンと、駆動系にトルクを出力可能な電動機と、前記エンジンと前記電動機とを連結すると共に両者の連結を解除する油圧クラッチとを含むハイブリッド車両の制御装置において、前記エンジンの始動条件の成立に応じて前記油圧クラッチのスリップ制御を実行すると共に、前記エンジンと前記電動機との回転数差が所定範囲内に含まれてから、前記油圧クラッチへの油圧を時間の経過と共に増加させる増圧制御を実行するクラッチ制御部と、前記回転数差が前記所定範囲内に含まれる前に前記エンジンにおける燃料噴射および着火を開始させると共に、前記燃料噴射および前記着火が開始されてから、前記エンジンの回転数が目標回転数に一致するように前記エンジンを制御し、前記クラッチ制御部により前記増圧制御が実行される間、前記電動機の角加速度が大きいほど前記エンジンの前記目標回転数を高くするエンジン制御部とを含むものである。
また、本開示のハイブリッド車両の制御方法は、エンジンと、駆動系にトルクを出力可能な電動機と、前記エンジンと前記電動機とを連結すると共に両者の連結を解除する油圧クラッチとを含むハイブリッド車両の制御方法において、前記エンジンの始動条件の成立に応じて前記油圧クラッチのスリップ制御を開始し、前記エンジンと前記電動機との回転数差が所定範囲内に含まれる前に前記エンジンにおける燃料噴射および着火を開始させ、前記燃料噴射および前記着火が開始されてから、前記エンジンの回転数が目標回転数に一致するように前記エンジンを制御し、前記回転数差が前記所定範囲内に含まれてから、前記油圧クラッチへの油圧を時間の経過と共に増加させる増圧制御を実行すると共に、前記増圧制御が実行される間に前記電動機の角加速度が大きいほど前記エンジンの目標回転数を高くするものである。
本開示の制御装置により制御されるハイブリッド車両の概略構成図である。 本開示のハイブリッド車両の制御装置を示すブロック構成図である。 本開示のハイブリッド車両の制御装置により実行されるクラッチ制御ルーチンを例示するフローチャートである。 図3のルーチンが実行される際の油圧クラッチの係合油圧指令値、電動機の回転数、およびエンジン回転数の時間変化の一例を示すタイムチャートである。 本開示のハイブリッド車両の制御装置により実行されるエンジン制御ルーチンを例示するフローチャートである。 第1補正量設定マップを例示する説明図である。 第2補正量設定マップを例示する説明図である。 図3のルーチンが実行される際の油圧クラッチの係合油圧指令値、電動機の回転数、およびエンジン回転数の時間変化の他の例を示すタイムチャートである。
次に、図面を参照しながら本開示の発明を実施するための形態について説明する。
図1は、本開示の制御装置により制御されるハイブリッド車両1の概略構成図である。同図に示すハイブリッド車両1は、エンジン(内燃機関)10と、モータジェネレータMGと、動力伝達装置20と、トランスファ40と、油圧式のクラッチK0とを含む4輪駆動車両である。更に、ハイブリッド車両1は、高圧蓄電装置(以下、単に「蓄電装置」という)50と、補機バッテリ(低圧バッテリ)55と、とモータジェネレータMGを駆動する電力制御装置(以下、「PCU」という)60と、当該PCU60を制御するモータ電子制御ユニット(以下、「MGECU」という)70と、当該MGECU70と共に本開示の制御装置を構成する電子制御ユニット(以下、「メインECU」という)80とを含む。
エンジン10は、ガソリン(炭化水素系燃料)と空気との混合気を複数の燃焼室内で燃焼させ、混合気の燃焼に伴うピストンの往復運動をクランクシャフト11の回転運動へと変換する多気筒ガソリンエンジンである。図示するように、エンジン10は、主に極低温環境下における当該エンジン10のクランキングに供されるスタータ(エンジン始動装置)12や、当該エンジン10により駆動されて電力を発生するオルタネータ13等を含む。更に、エンジン10のクランクシャフト11は、ダンパ機構14(例えば、フライホイールダンパ)の入力部材に連結される。
モータジェネレータMGは、永久磁石が埋設されたロータや三相コイルが巻回されたステータを含む同期発電電動機(三相交流電動機)であり、PCU60を介して蓄電装置50と電力をやり取りする。モータジェネレータMGは、蓄電装置50からの電力により駆動されて駆動トルクを発生する電動機として作動すると共に、ハイブリッド車両1の制動に際して回生制動トルクを出力する。また、モータジェネレータMGは、負荷運転されるエンジン10からの動力の少なくとも一部を用いて電力を生成する発電機としても作動する。図1に示すように、モータジェネレータMGのロータは、伝達軸17に固定される。
動力伝達装置20は、トルク増幅機能を有するトルクコンバータ(流体伝動装置)21や、ロックアップクラッチ22、機械式オイルポンプ23、電動オイルポンプ24、変速機(自動変速機)25、作動油を調圧する油圧制御装置30等を含む。トルクコンバータ21は、フロントカバー(入力部材)を介して伝達軸17に連結されるポンプインペラと、変速機25の入力軸26に連結されるタービンランナと、タービンランナからポンプインペラへと向かう作動油の流れを整流してトルクを増幅させるステータとを含む。ロックアップクラッチ22は、フロントカバーと変速機25の入力軸26とを連結すると共に両者の連結を解除する多板摩擦式あるいは単板摩擦式の油圧クラッチである。
変速機25は、入力軸26、出力軸27、複数の遊星歯車、それぞれ複数のクラッチおよびブレーキ(変速用係合要素)を含む例えば4段-10段変速式の多段変速機である。変速機25は、伝達軸17からトルクコンバータ21あるいはロックアップクラッチ22の何れか一方を介して入力軸26に伝達された動力を複数段階に変速して出力軸27から出力する。油圧制御装置30は、複数の油路が形成されたバルブボディや、複数のレギュレータバルブ、複数のリニアソレノイドバルブ等を含む。油圧制御装置30は、機械式オイルポンプ23および電動オイルポンプ24の少なくとも何れか一方からの油圧を調圧してトルクコンバータ21や、ロックアップクラッチ22、変速機25のクラッチおよびブレーキ等に供給する。
トランスファ40は、センターデファレンシャルおよびセンターデファレンシャルをロックするデフロック機構(何れも図示省略)を含み、変速機25の出力軸27からのトルクを前側プロペラシャフト41(第1の軸)と後側プロペラシャフト42(第2の軸)とに分配して伝達可能なものである。トランスファ40により前側プロペラシャフト41に出力された動力は、前側デファレンシャルギヤ43を介して左右の前輪Wfに伝達される。トランスファ40により後側プロペラシャフト42に出力された動力は、後側デファレンシャルギヤ44を介して左右の後輪Wrに伝達される。
クラッチK0は、ダンパ機構14の出力部材すなわちエンジン10のクランクシャフト11と伝達軸17すなわちモータジェネレータMGのロータとを連結すると共に両者の連結を解除するものである。本実施形態において、クラッチK0は、ダンパ機構14の出力部材に常時連結されたクラッチハブ、伝達軸17に常時連結されたクラッチドラム、ピストン、それぞれ複数の摩擦プレートおよびセパレータプレート、それぞれ作動油が供給される係合油室および遠心油圧キャンセル室等を含む多板摩擦式油圧クラッチ(摩擦係合要素)である。クラッチK0の係合油室には、上記油圧制御装置30により調圧される係合油圧が供給され、遠心油圧キャンセル室には、上記油圧制御装置30により調圧される循環圧が供給される。
また、本実施形態において、クラッチK0は、係合油圧の低下に伴って解放されると共に係合油圧の上昇に伴って係合する常開型クラッチである。クラッチK0が係合すると、エンジン10(クランクシャフト11)は、クラッチK0を介してモータジェネレータMGに連結される。これにより、エンジン10は、ダンパ機構14、クラッチK0、伝達軸17(モータジェネレータMG)、動力伝達装置20、トランスファ40等を介して前輪Wfおよび後輪Wrに連結される。クラッチK0は、モータジェネレータMGのロータの内部に配置されてもよく、ダンパ機構14とモータジェネレータMGとの軸方向における間に配置されてもよい。
蓄電装置50は、例えば200-300V程度の定格出力電圧を有するリチウムイオン二次電池あるいはニッケル水素二次電池である。ただし、蓄電装置50は、キャパシタであってもよく、二次電池およびキャパシタの双方を含んでもよい。蓄電装置50は、図示しないマイクロコンピュータを含む電源管理電子制御装置(図示省略、以下、「電源管理ECU」という)により管理される。当該電源管理ECUは、蓄電装置50の電圧センサからの端子間電圧や、電流センサからの充放電電流、温度センサからの電池温度等に基づいて、蓄電装置50のSOC(充電率)や、目標充放電電力Pb*、許容充電電力Win、許容放電電力Wout等を導出する。補機バッテリ55は、例えば12Vの定格出力電圧を有する鉛蓄電池であり、上記オルタネータ13からの電力により充電される。補機バッテリ55は、エンジン10のスタータ12や電動オイルポンプ24、油圧制御装置30といった補機や、各種ECU等の電子機器に電力を供給する。
PCU60は、システムメインリレーSMRを介して蓄電装置50に接続されると共に、補機バッテリ55に接続される。また、PCU60は、モータジェネレータMGを駆動するインバータや、昇圧コンバータ、DC/DCコンバータ等を含む(何れも図示省略)。インバータは、例えばスイッチング素子としての6個のトランジスタと、これらのトランジスタに逆方向に並列接続された6個のダイオードとを含むものである。昇圧コンバータは、蓄電装置50からの電圧を昇圧してインバータに供給すると共に、インバータからの電圧を降圧して蓄電装置50に供給する。DC/DCコンバータは、蓄電装置50を含む高電圧系からの電力を降圧して低電圧系すなわち補機バッテリ55や各種補機等に供給する。
MGECU70は、図示しないCPU,ROM,RAM、入出力インターフェース等を含むマイクロコンピュータや、各種駆動回路、各種ロジックIC等を含む。MGECU70は、メインECU80からの指令値や、昇圧コンバータの昇圧前電圧および昇圧後電圧、回転位置センサ(レゾルバ)18により検出されるモータジェネレータMGのロータすなわち伝達軸17の回転位置、モータジェネレータMGに印加される相電流等を取得する。MGECU70は、これらの情報に基づいてインバータや昇圧コンバータをスイッチング制御する。また、MGECU70は、所定時間(例えば、数msec)おきに、回転位置センサ18の検出値に基づいてモータジェネレータMG(ロータ)の回転数Nm(rpm)を算出すると共に、当該ロータ(伝達軸17)の角速度ωmおよび角加速度αmを算出する。
メインECU80は、図示しないCPU,ROM,RAM、入出力インターフェース等を含むマイクロコンピュータや、各種駆動回路、各種ロジックIC等を含む。メインECU80は、スタートスイッチからの信号や、図示しないアクセルペダルポジションセンサにより検出されるアクセル開度Acc(アクセルペダルの踏み込み量)、図示しない車速センサにより検出される車速V、アクセル開度Accおよび車速Vに対応した変速機25の変速比γ、水温センサやクランク角センサといったエンジン10の各種センサの検出値、MGECU70からのモータジェネレータMGの回転数Nmおよび角加速度αm、電源管理ECUからの蓄電装置50のSOC、目標充放電電力Pb*、許容充電電力Win、許容放電電力Wout等を取得する。メインECU80は、これらの情報に基づいて、エンジン10、動力伝達装置20およびクラッチK0を制御すると共に、モータジェネレータMGへのトルク指令値を設定する。
本実施形態において、メインECU80には、図2に示すように、CPUやROM、RAM、ロジックICといったハードウエアと、ROMにインストールされた各種プログラムといったソフトウェアとの協働により、相互に情報をやり取りするエンジン制御部81、クラッチ制御部82および変速制御部83が機能ブロック(モジュール)として構築される。エンジン制御部81は、ハイブリッド車両1の走行制御や、エンジン10の吸入空気量制御(スロットル開度制御)、燃料噴射制御、点火制御等を実行する。また、エンジン制御部81は、クランク角センサからの信号に基づいてエンジン10(クランクシャフト11)の回転数Neを算出すると共に、回転数Neや吸入空気量、燃料噴射量、点火タイミング等に基づいてエンジン10の推定出力トルクTeestを算出する。また、エンジン制御部81は、スタータ12といったエンジン10の補機を制御する。クラッチ制御部82は、クラッチK0がハイブリッド車両1の状態に応じて解放、スリップ係合(半係合)または完全係合するように油圧制御装置30を制御する。変速制御部83は、ロックアップクラッチ22や変速機25のクラッチおよびブレーキがハイブリッド車両1の状態に応じて作動するように油圧制御装置30を制御する。
また、メインECU80、MGECU70、電源管理ECU等は、図2に示すように、LoおよびHiの2本の通信線(ワイヤーハーネス)を含むCANバスである共用通信線(多重通信バス)BMにそれぞれ接続されており、当該共用通信線BMを介してCAN通信により相互に情報(通信フレーム)をやり取りする。更に、MGECU70は、LoおよびHiの2本の通信線を含むCANバスである専用通信線(ローカル通信バス)BLを介してメインECU80に個別に接続されており、当該専用通信線BLを介してメインECU80との間でCAN通信により情報(通信フレーム)をやり取りする。
上述のように構成されるハイブリッド車両1では、システム停止により機械式オイルポンプ23および電動オイルポンプ24が油圧を発生していないとき(駐車中)に、クラッチK0が解放されることでエンジン10と伝達軸17すなわちモータジェネレータMGとの接続が解除される。そして、システム起動後、ハイブリッド車両1は、基本的に、クラッチK0が解放された状態で伝達軸17を介して駆動系としての動力伝達装置20に出力されるモータジェネレータMGからのトルク(動力)により発進する。
ハイブリッド車両1の走行に際し、メインECU80のエンジン制御部81は、アクセル開度Accおよび車速Vに対応した変速機25の出力軸27に出力されるべき要求トルクTr*(要求制動トルクを含む)を導出すると共に、当該要求トルクTr*および出力軸27の回転数に基づいてハイブリッド車両1の走行に要求される要求走行パワーPd*を設定する。エンジン10の運転が停止されている場合、エンジン制御部81は、エンジン10の目標パワーPe*、目標回転数Ne*および目標トルクTe*にゼロを設定すると共に、要求トルクTr*に応じたトルクがモータジェネレータMGから出力軸27に出力されるように許容充電電力Winおよび許容放電電力Woutの範囲内でトルク指令値Tm*を設定する。トルク指令値Tm*は、エンジン制御部81からMGECU70に送信され、MGECU70は、トルク指令値Tm*に基づいてPCU60のインバータや昇圧コンバータをスイッチング制御する。
また、ハイブリッド車両1のシステム起動後、メインECU80のエンジン制御部81は、要求トルクTr*や要求走行パワーPd*、蓄電装置50の目標充放電電力Pb*や許容放電電力Wout等に関連して予め定められたエンジン始動条件が成立するか否かを判定する。エンジン制御部81は、エンジン始動条件が成立したと判定した場合、クラッチ制御部82にクラッチ係合指令を送信する。クラッチ制御部82は、クラッチ係合指令を受信すると、クラッチK0のスリップ制御、すなわちクラッチK0をスリップ係合させるための油圧制御装置30の一連の制御を開始する。
クラッチ制御部82によるクラッチK0のスリップ制御が開始された後、エンジン制御部81(またはクラッチ制御部82)は、クランキングされて回転するエンジン10側からの反力トルクに釣り合うトルクをクランキングトルクとして算出する。更に、エンジン制御部81は、当該クランキングトルクと、要求トルクTr*と変速機25の変速比(ギヤ比)とか定まる要求駆動トルクとの和をトルク指令Tm*に設定し、当該トルク指令Tm*をMGECU70に送信する。MGECU70は、エンジン制御部81からトルク指令値Tm*を受信すると、モータジェネレータMGから少なくともエンジン10へのクランキングトルクが出力されるようにPCU60(インバータ)を制御する。これにより、スリップ制御されるクラッチK0を介して伝達されるモータジェネレータMGからのトルクによりエンジン10がクランキングされる。なお、上記クランキングトルクおよび要求駆動トルクは、エンジン制御部81から別々にMGECU70に送信されて当該MGECU70側で加算されてもよい。
更に、クラッチ制御部82は、予め定められた条件の成立に応じて、クラッチK0が完全係合するように油圧制御装置30から当該クラッチK0に供給される係合油圧を時間の経過と共に増加させる増圧制御を開始する。また、エンジン制御部81は、エンジン始動条件の成立に応じてスロットルバルブを開弁させ、ハイブリッド車両1の状態(走行状態)に応じて予め定められた着火開始タイミングが到来すると、エンジン10の燃料噴射制御および点火制御(着火)を開始させる。本実施形態において、燃料噴射制御および点火制御は、モータジェネレータMG(伝達軸17)の回転数Nmが所定回転数(例えば、アイドル回転数(1000rpm程度))以上である場合(所定条件が成立した場合)、例えば回転数Nmに応じて増圧制御の開始前に開始され、回転数Nmが当該所定回転数未満である場合、クラッチK0の完全係合後に開始される。
上述のような処理を経て、クラッチK0が完全係合すると共にエンジン10の始動が完了すると、エンジン制御部81は、要求走行パワーPd*や蓄電装置50の目標充放電電力Pb*等に基づいてエンジン10が効率よく運転されるように当該エンジン10の目標パワーPe*、目標回転数Ne*および目標トルクTe*を設定する。更に、エンジン制御部81は、許容充電電力Winおよび許容放電電力Woutの範囲内で要求トルクTr*等に応じたモータジェネレータMGへのトルク指令値Tm*を設定する。これにより、エンジン10を最適燃費ライン付近の動作点で作動させながら、蓄電装置50のSOCに応じてモータジェネレータMGにより発電される電力で蓄電装置50を充電したり、蓄電装置50からの電力によりモータジェネレータMGを駆動してエンジン10およびモータジェネレータMGの双方から前輪Wfおよび後輪Wrにトルクを出力したりすることが可能となる。従って、ハイブリッド車両1では、エンジン10の燃費向上を図りつつ、動力性能を良好に確保することが可能となる。
続いて、エンジン10を始動させる際のクラッチK0のスリップ制御について説明する。図3は、エンジン10の始動条件の成立に応じてメインECU80のクラッチ制御部82により実行されるクラッチ制御ルーチンを例示するフローチャートである。また、図4は、クラッチ制御ルーチンが実行される際のクラッチK0の係合油圧指令値PK0*、モータジェネレータMGの回転数Nm、およびエンジン10の回転数Neの時間変化を例示するタイムチャートである。
図3に示すように、クラッチ制御部82は、エンジン10の始動条件が成立すると(図4における時刻t0)、エンジン制御部81からのクラッチ係合指令に応じて充填制御(ファーストフィル制御、ステップS100)を開始する。充填制御は、クラッチK0をスリップ係合開始直前の状態にするために、当該クラッチK0の係合油室に作動油が急速充填されるように係合油圧指令値PK0*を設定すると共に、当該係合油圧指令値PK0*に基づいて油圧制御装置30すなわちクラッチK0への係合油圧を調圧するリニアソレノイドバルブを制御するものである。かかる充填制御が実行される段階を「充填フェーズ」という。
クラッチ制御部82は、充填制御が開始されてから判定時間が経過したか否かを判定し(ステップS110)、当該判定時間が経過するまでステップS100の充填制御を実行する。ステップS110にて閾値として用いられる判定時間は、例えば作動油の温度、エンジン10の冷却水温度、モータジェネレータMGの回転数Nm、車速V等に基づいて設定される。ステップS110にて判定時間が経過したと判定した場合(ステップS110:YES、図4における時刻t1)、クラッチ制御部82は、クランキングフェーズ制御(ステップS120)を開始する。クランキングフェーズ制御は、係合油圧指令値PK0*をクラッチK0がスリップ係合する状態でエンジン10をクランキングするのに必要な値に保持するものである。。かかるクランキングフェーズ制御が実行される段階を「クランキングフェーズ」という。これにより、スリップ係合するクラッチK0を介して伝達されるモータジェネレータMGからのトルクによりエンジン10がクランキングされ、クランクシャフト11が回転し始める。
クランキングフェーズ制御の開始後、クラッチ制御部82は、エンジン制御部81から取得したエンジン10の回転数Neが予め定められた第1閾値N1(例えば、200rpm程度)以上になったか否かを判定し(ステップS130)、当該回転数Neが第1閾値N1未満である間、ステップS120のクランキングフェーズ制御を実行する。ステップS130にて回転数Neが第1閾値N1以上になったと判定した場合(ステップS130:YES、図4における時刻t2)、クラッチ制御部82は、第1待機制御(ステップS140)を開始する
第1待機制御は、係合油圧指令値PK0*をゼロまたは予め定められた比較的低い圧力値である第1待機圧(一定値)まで比較的大きい所定の勾配で低下させると共に係合油圧指令値PK0*を当該第1待機圧に保持するものである。これにより、クラッチK0のスリップ係合に応じて回転し始めたクランクシャフト11のイナーシャ(慣性モーメント)を減らし、エンジン10の回転上昇を促進させることができる。かかる第1待機制御が実行される段階を「第1待機フェーズ」という。第1待機制御の開始後、クラッチ制御部82は、エンジン制御部81から取得したエンジン10の回転数Neが上記第1閾値N1よりも高く定められた第2閾値N2(例えば、400-500rpm)以上になったか否かを判定する(ステップS150)。クラッチ制御部82は、回転数Neが第2閾値N2未満である間、ステップS140の第1待機制御を実行し、ステップS150にて回転数Neが第2閾値N2以上になったと判定した場合(ステップS150:YES、図4における時刻t3)、第2待機制御(ステップS160)を開始する。
第2待機制御は、係合油圧指令値PK0*を上記第1待機圧よりも若干高い第2待機圧(一定値)に保持するものである。かかる第2待機制御が実行される段階を「第2待機フェーズ」という。第2待機制御の開始後、クラッチ制御部82は、エンジン制御部81から取得したエンジン10の回転数NeとMGECU70から取得したモータジェネレータMGの回転数Nmとの回転数差ΔN(=Ne-Nm)の絶対値が予め定められた比較的小さい値N3(正の値、例えば400rpm程度)以下であるか否かを判定する(ステップS170)。クラッチ制御部82は、回転数差ΔNの絶対値が値N3を上回っている間、ステップS160の第2待機制御を実行し、ステップS170にて回転数差ΔNの絶対値が値N3以下になったと判定した場合(ステップS170:YES、図4における時刻t4)、増圧制御(ステップS180)を開始する。
増圧制御は、係合油圧指令値PK0*を予め定められた勾配で時間の経過と共に増加させるものである。かかる増圧制御が実行される段階を「増圧フェーズ」という。増圧制御の開始後、クラッチ制御部82は、エンジン制御部81から取得したエンジン10の回転数NeとMGECU70から取得したモータジェネレータMGの回転数Nmとの差が所定範囲内に含まれるか否かを判定する(ステップS190)。クラッチ制御部82は、回転数NeとモータジェネレータMGの回転数Nmとの差が当該所定範囲内に含まれていない間、ステップS180の増圧制御を実行する。そして、ステップS190にて回転数Neと回転数Nmとの差が上記所定範囲内に含まれていると判定した場合(ステップS190:YES、図4における時刻t5)、クラッチ制御部82は、クラッチK0が完全係合したとみなして完了制御(ステップS200)を開始する。ステップS200の完了制御は、所定時間内に係合油圧指令値PK0*を比較的急峻に最大圧(例えば、ライン圧)まで増加させた後、当該最大圧に保持するものである。かかる完了制御が実行される段階を「完了フェーズ」という。これにより、クラッチK0の係合油室に当該最高圧が供給されてクラッチK0が完全係合状態に維持され、図3のルーチンが終了する。
ここで、本実施形態のハイブリッド車両1では、モータジェネレータMG(伝達軸17)の回転数Nmが所定回転数以上である場合(例えば、ハイブリッド車両1の走行中)、上記増圧制御の開始前にエンジン10の燃料噴射制御および点火制御(着火)が開始される。また、特にハイブリッド車両1の走行中にモータジェネレータMGの回転数Nmが所定回転数以上になっている場合、当該回転数Nmは、運転者によるアクセルペダルの操作状態、蓄電装置50のSOCや許容放電電力Wout(モータジェネレータMGの出力制限)といった車両状態に応じて変動することがある。これを踏まえて、ハイブリッド車両1では、増圧制御の開始前に燃料噴射および点火制御(着火)が開始された場合、例えばクラッチK0の増圧制御が完了するまで、メインECU80のエンジン制御部81により図5に示すエンジン制御ルーチンが所定時間おきに繰り返し実行される。
図5のエンジン制御ルーチンの開始に際し、エンジン制御部81は、MGECU70により算出されたモータジェネレータMG(伝達軸17)の回転数Nmおよび角加速度αm、アクセルペダルポジションセンサにより検出されたアクセル開度Accといった制御に必要な情報を取得する(ステップS300)。次いで、エンジン制御部81は、クラッチ制御部82によりクラッチK0の増圧制御が開始されたか否かを判定する(ステップS310)。
ステップS310にてクラッチ制御部82によりクラッチK0の増圧制御が開始されていないと判定した場合(ステップS310:NO)、エンジン制御部81は、ステップS300にて取得したモータジェネレータMGの回転数Nmをエンジン10の目標回転数Ne*に設定する(ステップS335)。更に、エンジン制御部81は、実験・解析を経て予め定められた比較的小さい正の値Tzをエンジン10の目標トルクTe*に設定する(ステップS345)。ステップS345の処理の後、エンジン制御部81は、エンジン10の回転数Neが目標回転数Ne*に一致し、かつエンジン10の出力トルクが目標トルクTe*になるように吸入空気量制御、燃料噴射制御および点火制御等を実行し(ステップS360)、図5のルーチンを一旦終了させる。
一方、ステップS310にてクラッチ制御部82によりクラッチK0の増圧制御が開始されていると判定した場合(ステップS310:YES)、エンジン制御部81は、更に、クラッチK0の増圧制御の完了前であるか否かを判定する(ステップS320)。ステップS320にてクラッチK0の増圧制御が完了していないと判定した場合(ステップS320:YES)、エンジン制御部81は、目標回転数Ne*に対する第1補正量(増加補正量)Nc1および第2補正量(減少補正量)Nc2を導出する(ステップS330)。ステップS330において、エンジン制御部81は、図6に例示する第1補正量設定マップからステップS300にて取得したモータジェネレータMGの角加速度αmに対応した第1補正量Nc1を導出すると共に、図7に例示する第2補正量設定マップからステップS300にて取得したアクセル開度Accに対応した第2補正量Nc2を導出する。
第1補正量設定マップは、図6に示すように、モータジェネレータMGの角加速度αmが大きくなるにつれて第1補正量Nc1(正の値)を大きくすると共に、角加速度αmが所定値以上になると第1補正量Nc1を一定の値に収束させるように実験・解析を経て予め作成されている。また、第2補正量設定マップは、図7に示すように、アクセル開度Acが所定開度Aref(例えば、60-70%程度の値)未満であるときに第2補正量Nc2をゼロにすると共に、アクセル開度Acが当該所定開度Aref以上であるときにアクセル開度Accが大きいほど第2補正量Nc2(負の値)を小さく(絶対値を大きく)するように実験・解析を経て予め作成されている。
続いて、エンジン制御部81は、ステップS300にて取得したモータジェネレータMGの回転数NmとステップS330にて導出した第1および第2補正量Nc1,Nc2との和をエンジン10の目標回転数Ne*に設定する(ステップS340)。更に、エンジン制御部81は、エンジン10を目標回転数Ne*で回転させるように目標トルクTe*にゼロまたは所定値Txを設定する(ステップS350)。ステップS350の処理の後、エンジン制御部81は、エンジン10の回転数Neが目標回転数Ne*に一致し、かつエンジン10の出力トルクが目標トルクTe*になるように吸入空気量制御、燃料噴射制御および点火制御等を実行し(ステップS360)、図5のルーチンを一旦終了させる。また、ステップS320にてクラッチK0の増圧制御が完了したと判定した場合(ステップS320:NO)、エンジン制御部81は、図3のルーチンを終了させて、クラッチK0が完全係合したフェーズに対応したエンジン制御ルーチンを実行する。
上述のような図5のルーチンが実行される結果、複数のフェーズを含むクラッチK0のスリップ制御が開始された後、エンジン10とモータジェネレータMGとの回転数差ΔNがゼロを含む所定範囲内(-N3≦ΔN≦N3)に含まれる前、すなわちクラッチK0の増圧制御の開始前に燃料噴射制御および点火制御が開始された場合、回転数Neが目標回転数Ne*すなわちモータジェネレータMGの回転数Nmに一致するようにエンジン10が制御される(図5のステップS335-S360)。また、エンジン10とモータジェネレータMGとの回転数差ΔNが上記所定範囲内(-N3≦ΔN≦N3)に含まれてクラッチK0の増圧制御が開始されると、当該増圧制御が実行される間、モータジェネレータMGの角加速度αmが大きいほどエンジン10の目標回転数Ne*が高く設定され、回転数Neが目標回転数Ne*に一致するようにエンジン10が制御される(図5のステップS340-S360)。
これにより、クラッチK0のスリップ制御中に運転者によるアクセルペダルの操作状態や、蓄電装置50の状態に応じてモータジェネレータMGの回転数Nmが変動しても、エンジン10の実回転数をモータジェネレータMGの回転数Nmよりも適正に引き上げてから(エンジン10を適正に吹き上がらせてから)増圧制御によりクラッチK0をスムースに完全係合させることができる。すなわち、図4に示すように、モータジェネレータMGの角加速度αmが比較的小さい場合には、モータジェネレータMGの回転数Nmに対する目標回転数Ne*の増加分が当該角加速度αmに応じて比較的小さくなる。従って、クラッチK0がスリップ制御される間のモータジェネレータMGの回転変動が少ない場合には、エンジン10の過剰な吹き上がりが抑制され、エンジン10とモータジェネレータMGとの回転同期の遅れやクラッチK0が完全係合する際のショックの発生を良好に抑制すること可能となる。
また、図8に示すように、モータジェネレータMGの角加速度αmが比較的大きい場合には、モータジェネレータMGの回転数Nmに対する目標回転数Ne*の増加分が当該角加速度αmに応じて比較的大きくなる。従って、クラッチK0がスリップ制御される間にモータジェネレータMGの回転数Nmが高まっていくような場合には、モータジェネレータMGの回転に合わせてエンジン10を適正に吹き上がらせて、エンジン10とモータジェネレータMGとの回転同期の遅れやクラッチK0が完全係合する際のショックの発生を良好に抑制すること可能となる。この結果、ハイブリッド車両1では、スリップ制御されるクラッチK0を介して伝達されるモータジェネレータMGからのトルクによりエンジン10を始動させる際に、エンジン10とモータジェネレータMGとの回転同期の遅れやショックの発生を抑制しつつクラッチK0を完全係合させることが可能となる。
更に、ハイブリッド車両1では、クラッチK0の増圧制御が実行される間、モータジェネレータMGの回転数Nmと、角加速度αmに基づく第1補正量Nc1と、アクセル開度Accに基づく第2補正量Nc2との和がエンジン10の目標回転数Ne*に設定される。また、増圧制御が実行される間にアクセル開度Accが所定開度Aref以上になった場合、アクセル開度Accが大きいほど第2補正量Nc2が小さくなる(絶対値が大きくなる)。これにより、クラッチK0の増圧制御が実行される間のエンジン10の目標回転数Ne*をモータジェネレータMGの回転変動および運転者の加速要求の双方に応じて適正に設定することが可能となる。
すなわち、クラッチK0の増圧制御が実行される間にアクセル開度Accが所定開度Aref以上になった場合には、エンジン10の目標回転数Ne*は、アクセル開度Accが所定開度Aref未満である場合に比べて、アクセル開度Accに応じた分(第2補正量Nc2の絶対値)だけ低くなる。これにより、ハイブリッド車両1の走行中にエンジン10を始動させる際に、若干のショックが発生するおそれがあるものの、運転者の加速要求に応じて速やかにクラッチK0を完全係合させてエンジン10からのトルクを動力伝達装置20に伝達することが可能となる。
なお、上記ハイブリッド車両1のエンジン10は、ディーゼルエンジンあるいはLPGエンジンであってもよく、ハイブリッド車両1は、トランスファ40等を含まない前輪駆動車両あるいは後輪駆動車両であってもよい。また、クラッチK0は、単板摩擦式油圧クラッチであってもよい。更に、モータジェネレータMGのロータと伝達軸17との間に、両者を連結・切離するクラッチが配置されてもよい。また、動力伝達装置20の変速機25は、無段変速機やデュアルクラッチトランスミッションであってもよい。更に、上記実施形態において、エンジン制御部81、クラッチ制御部82および変速制御部83は、同一ECUに構築されるが、これに限られるものではない、すなわち、エンジン制御部81、クラッチ制御部82および変速制御部83(あるいは各々の機能)が異なる複数のECUに分散して構築されてもよい。
以上説明したように、本開示のハイブリッド車両の制御装置は、エンジンと、駆動系にトルクを出力可能な電動機と、前記エンジンと前記電動機とを連結すると共に両者の連結を解除する油圧クラッチとを含むハイブリッド車両の制御装置において、前記エンジンの始動条件の成立に応じて前記油圧クラッチのスリップ制御を実行すると共に、前記エンジンと前記電動機との回転数差が所定範囲内に含まれてから、前記油圧クラッチへの油圧を時間の経過と共に増加させる増圧制御を実行するクラッチ制御部と、前記回転数差が前記所定範囲内に含まれる前に前記エンジンにおける燃料噴射および着火を開始させると共に、前記燃料噴射および前記着火が開始されてから、前記エンジンの回転数が目標回転数に一致するように前記エンジンを制御し、前記クラッチ制御部により前記増圧制御が実行される間、前記電動機の角加速度が大きいほど前記エンジンの前記目標回転数を高くするエンジン制御部とを含むものである。
本開示のハイブリッド車両の制御装置は、エンジンの始動条件の成立に応じて油圧クラッチのスリップ制御を開始し、エンジンと電動機との回転数差が所定範囲内に含まれる前に当該エンジンにおける燃料噴射および着火を開始させると共に、燃料噴射および着火が開始されてから、回転数が目標回転数に一致するようにエンジンを制御する。更に、当該制御装置は、エンジンと電動機との回転数差が上記所定範囲内に含まれてから、油圧クラッチへの油圧を時間の経過と共に増加させる増圧制御を実行すると共に、増圧制御が実行される間に電動機の角加速度が大きいほどエンジンの目標回転数を高くする。これにより、油圧クラッチのスリップ制御中に車両状態等に応じて回転電機の回転数が変動しても、エンジンの実回転数を電動機の回転数よりも適正に引き上げてから(エンジンを適正に吹き上がらせてから)増圧制御により油圧クラッチをスムースに完全係合させることができる。この結果、スリップ制御される油圧クラッチを介して伝達される電動機からのトルクによりエンジンを始動させる際に、エンジンと電動機との回転同期の遅れやショックの発生を抑制しつつ油圧クラッチを完全係合させることが可能となる。
また、前記エンジン制御部は、前記クラッチ制御部により前記増圧制御が実行される間にアクセル開度が所定開度以上になった場合、前記アクセル開度に応じた分だけ前記目標回転数を低下させるものであってもよい。これにより、ハイブリッド車両の走行中にエンジンを始動させる際に、運転者の加速要求に応じて速やかに油圧クラッチを完全係合させてエンジンからのトルクを駆動系に伝達することが可能となる。
更に、前記エンジン制御部は、前記増圧制御が実行される間、前記電動機の角加速度が大きいほど前記目標回転数の増加補正量を大きく設定すると共に、前記電動機の回転数と前記増加量との和を前記目標回転数に設定するものであってもよい。これにより、エンジンの目標回転数を電動機の回転変動に応じて適正に設定することが可能となる。
また、前記エンジン制御部は、前記増圧制御が実行される間にアクセル開度が所定開度以上になった場合、前記アクセル開度が大きいほど前記目標回転数の減少補正量を大きく設定すると共に、前記電動機の回転数と前記増加増加量と前記減少補正量との和を前記目標回転数に設定するものであってもよい。これにより、増圧制御が実行される間のエンジンの目標回転数を電動機の回転変動および運転者の加速要求の双方に応じて適正に設定することが可能となる。
更に、前記制御装置は、前記エンジンの前記始動条件の成立に応じて、少なくとも前記エンジンへのクランキングトルクを出力するように前記電動機を制御する電動機制御部を含むものであってもよい。
また、前記駆動系は、流体伝動装置と、ロックアップクラッチと、前記流体伝動装置および前記ロックアップクラッチの何れか一方を介して前記電動機に連結される変速機とを含むものであってもよい。
本開示のハイブリッド車両の制御方法は、エンジンと、駆動系にトルクを出力可能な電動機と、前記エンジンと前記電動機とを連結すると共に両者の連結を解除する油圧クラッチとを含むハイブリッド車両の制御方法において、前記エンジンの始動条件の成立に応じて前記油圧クラッチのスリップ制御を開始し、前記エンジンと前記電動機との回転数差が所定範囲内に含まれる前に前記エンジンにおける燃料噴射および着火を開始させ、前記燃料噴射および前記着火が開始されてから、前記エンジンの回転数が目標回転数に一致するように前記エンジンを制御し、前記回転数差が前記所定範囲内に含まれてから、前記油圧クラッチへの油圧を時間の経過と共に増加させる増圧制御を実行すると共に、前記増圧制御が実行される間に前記電動機の角加速度が大きいほど前記エンジンの目標回転数を高くするものである。
かかる方法によれば、スリップ制御される油圧クラッチを介して伝達される電動機からのトルクによりエンジンを始動させる際に、エンジンと電動機との回転同期の遅れやショックの発生を抑制しつつ油圧クラッチを完全係合させることが可能となる。
そして、本開示の発明は上記実施形態に何ら限定されるものではなく、本開示の外延の範囲内において様々な変更をなし得ることはいうまでもない。更に、上記発明を実施するための形態は、あくまで課題を解決するための手段の欄に記載された発明の具体的な一形態に過ぎず、課題を解決するための手段の欄に記載された発明の要素を限定するものではない。
本開示の発明は、ハイブリッド車両の製造産業等において利用可能である。
1 ハイブリッド車両、10 エンジン、11 クランクシャフト、12 スタータ、13 オルタネータ、14 ダンパ機構、17 伝達軸、18 回転位置センサ、20 動力伝達装置、21 トルクコンバータ、22 ロックアップクラッチ、23 機械式オイルポンプ、24 電動オイルポンプ、25 変速機、26 入力軸、27 出力軸、30 油圧制御装置、40 トランスファ、41 前側プロペラシャフト、42 後側プロペラシャフト、43 前側デファレンシャルギヤ、44 後側デファレンシャルギヤ、50 高圧蓄電装置、55 補機バッテリ、60 電力制御装置(PCU)、70 モータ電子制御装置(MGECU)、80 主電子制御装置(メインECU)、81 エンジン制御部、82 クラッチ制御部、83 変速制御部、BL 専用通信線、BM 共用通信線、K0 クラッチ、MG モータジェネレータ、SMR システムメインリレー、Wf 前輪、Wr 後輪。

Claims (7)

  1. エンジンと、駆動系にトルクを出力可能な電動機と、前記エンジンと前記電動機とを連結すると共に両者の連結を解除する油圧クラッチとを含むハイブリッド車両の制御装置において、
    前記エンジンの始動条件の成立に応じて前記油圧クラッチのスリップ制御を実行すると共に、前記エンジンと前記電動機との回転数差が所定範囲内に含まれてから、前記油圧クラッチへの油圧を時間の経過と共に増加させる増圧制御を実行するクラッチ制御部と、
    前記回転数差が前記所定範囲内に含まれる前に前記エンジンにおける燃料噴射および着火を開始させると共に、前記燃料噴射および前記着火が開始されてから、前記エンジンの回転数が目標回転数に一致するように前記エンジンを制御し、前記クラッチ制御部により前記増圧制御が実行される間、前記電動機の角加速度が大きいほど前記エンジンの前記目標回転数を高くするエンジン制御部と、
    を備えるハイブリッド車両の制御装置。
  2. 請求項1に記載のハイブリッド車両の制御装置において、
    前記エンジン制御部は、前記クラッチ制御部により前記増圧制御が実行される間にアクセル開度が所定開度以上になった場合、前記アクセル開度に応じた分だけ前記目標回転数を低下させるイブリッド車両の制御装置。
  3. 請求項1または2に記載のハイブリッド車両の制御装置において、
    前記エンジン制御部は、前記増圧制御が実行される間、前記電動機の角加速度が大きいほど前記目標回転数の増加補正量を大きく設定すると共に、前記電動機の回転数と前記増加補正量との和を前記目標回転数に設定するハイブリッド車両の制御装置。
  4. 請求項3に記載のハイブリッド車両の制御装置において、
    前記エンジン制御部は、前記増圧制御が実行される間にアクセル開度が所定開度以上になった場合、前記アクセル開度が大きいほど前記目標回転数の減少補正量を大きく設定すると共に、前記電動機の回転数と前記増加補正量と前記減少補正量との和を前記目標回転数に設定するハイブリッド車両の制御装置。
  5. 請求項1から4の何れか一項に記載のハイブリッド車両の制御装置において、
    前記エンジンの前記始動条件の成立に応じて、少なくとも前記エンジンへのクランキングトルクを出力するように前記電動機を制御する電動機制御部を更に備えるハイブリッド車両の制御装置。
  6. 請求項1から5の何れか一項に記載のハイブリッド車両の制御装置において、
    前記駆動系は、流体伝動装置と、ロックアップクラッチと、前記流体伝動装置および前記ロックアップクラッチの何れか一方を介して前記電動機に連結される変速機とを含むハイブリッド車両の制御装置。
  7. エンジンと、駆動系にトルクを出力可能な電動機と、前記エンジンと前記電動機とを連結すると共に両者の連結を解除する油圧クラッチとを含むハイブリッド車両の制御方法において、
    前記エンジンの始動条件の成立に応じて前記油圧クラッチのスリップ制御を開始し、
    前記エンジンと前記電動機との回転数差が所定範囲内に含まれる前に前記エンジンにおける燃料噴射および着火を開始させ、
    前記燃料噴射および前記着火が開始されてから、前記エンジンの回転数が目標回転数に一致するように前記エンジンを制御し、
    前記回転数差が前記所定範囲内に含まれてから、前記油圧クラッチへの油圧を時間の経過と共に増加させる増圧制御を実行すると共に、前記増圧制御が実行される間に前記電動機の角加速度が大きいほど前記エンジンの目標回転数を高くする、
    ハイブリッド車両の制御方法。

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