JPWO2013051128A1 - エンジン始動システム - Google Patents
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Abstract
本発明のエンジン始動システムは、電気走行モード中にエンジンを始動させる過程で、エンジンをクランキングするためにクラッチを滑らせながら係合する半係合操作を行い(S2)、その後、エンジンのクランキング開始後にクラッチを解放する解放操作を行う(S4、S5)。クラッチの解放操作の開始時期は要求駆動力に応じて変更される。
Description
本発明は、ハイブリッド車両の走行中に電動機のトルクを利用してエンジンを始動させるエンジン始動システムに関する。
ハイブリッド車両はエンジン停止状態で走行するEV走行モードが可能である。エンジン始動システムとして、EV走行モード中にエンジンの始動要求があった場合にクラッチを介して電動機のトルクをエンジンに伝達してエンジンを始動させ、その始動過程で一時的にクラッチを解放し又は締結力を低減し、エンジンの始動完了後にクラッチの入出力回転速度差がなくなってからクラッチを係合して走行モードを切り替えるものが知られている(特許文献1)。その他、本発明に関連する先行技術文献として特許文献2〜4が存在する。
特許文献1におけるクラッチの解放操作はクランキングされたエンジンの回転速度が所定の始動可能速度に達したことを条件として開始される。エンジンの回転速度が始動可能速度に達した時にクラッチが解放されるので、エンジンの回転速度が始動可能速度に達してからエンジンが始動完了するまでに要する期間は変わらない。つまり、クラッチの解放操作の開始条件が一定であると、エンジンの始動要求から走行モードが切り替えられるまでの時間を変更できない。そのため、要求駆動力が大きな状況では走行モードの切り替えが相対的に遅くなるので駆動力の応答性が悪化するおそれがある。
そこで、本発明は、要求駆動力に応じた駆動力の応答性を得ることができるエンジン始動システムを提供することを目的とする。
本発明のエンジン始動システムは、走行用駆動力を出力する動力伝達経路にクラッチを介してエンジンが連結されるとともに、前記動力伝達経路に電動機が連結されたハイブリッド車両に適用されるエンジン始動システムにおいて、前記エンジンが停止した走行モード中に前記エンジンの始動要求があった場合に前記電動機のトルクを利用して前記エンジンを始動させる始動制御手段と、前記エンジンの始動後のトルクが前記動力伝達経路に伝達されるように前記クラッチを係合させる走行モード切替手段と、を備え、前記始動制御手段は、前記エンジンをクランキングするために前記クラッチを滑らせながら係合する半係合操作と、前記エンジンのクランキング開始後に前記クラッチを解放する解放操作とを実行するクラッチ制御手段と、前記クラッチ制御手段が実行する前記解放操作の開始時期を要求駆動力に応じて変更するクラッチ解放時期設定手段と、を有するものである。
このエンジン始動システムによれば、クラッチの解放操作の開始時期が要求駆動力に応じて変更されるので、走行モードの切り替えまでに要する時間が要求駆動力に応じたものとなる。これにより、要求駆動力に応じた駆動力の応答性を得ることができる。
本発明のエンジン始動システムの一態様において、前記クラッチ解放時期設定手段は、前記要求駆動力が所定基準よりも小さい場合、前記半係合操作によって前記エンジンの始動が可能となる始動可能条件が成立した時に前記解放操作が開始するように、前記解放操作の開始時期を設定してよい。この態様によれば、半係合操作によって始動可能条件が成立した時にクラッチの解放操作が行なわれるため、クラッチのエンジン側回転速度が動力伝達経路側回転速度を上回ることによる振動の発生を確実に防止できる。
この態様において、前記クラッチ解放時期設定手段は、前記半係合操作中に前記エンジンが所有するエネルギーが、前記解放操作が行なわれても前記エンジンの回転速度が所定の始動可能限度を下回らずに初爆時期まで維持され得る自立始動可能エネルギーに達した時を前記始動可能条件が成立した時として前記解放操作の開始時期を設定してよい。この場合、エンジンが所有するエネルギーが自立始動可能エネルギーに達するタイミングで解放操作が行なわれることにより、エンジンの初爆時期までエンジンの回転速度が始動可能限度を下回らずに維持される。そのため、確実なエンジン始動を実現しつつ可能な限り解放操作の開始時期を早めることができる。従って、半係合操作によって失われるエネルギーを削減できる。
本発明のエンジン始動システムの一態様において、前記クラッチ解放時期設定手段は、前記要求駆動力が所定基準よりも大きい場合、前記クラッチのエンジン側回転速度と動力伝達経路側回転速度とに基づいて前記解放操作の開始時期を設定してよい。この態様によれば、エンジン側回転速度と動力伝達経路側回転速度との速度差を考慮して解放操作の開始時期を設定できる。
この態様において、前記クラッチ解放時期設定手段は、前記エンジン側回転速度が前記動力伝達経路側回転速度を上回らないことを条件として前記解放操作の開始時期が遅くなるように、前記解放操作の開始時期を設定してよい。この場合には、クラッチのエンジン側回転速度が動力伝達経路側回転速度を上回ることによって生じる振動の発生を抑えることができる限界まで開始時期を遅らせることができる。これにより、振動が発生する直前までエンジンの回転速度を上昇させながらエンジンを始動できるので、走行モードの切り替えを早期に完了できる。従って、要求駆動力が大きく駆動力の応答性が求められる状況で駆動力の応答性を高めることができる。
図1に示すように、車両1は内燃機関2及び電動機としてのモータ・ジェネレータ3が走行用動力源として設けられたいわゆるハイブリッド車両として構成されている。内燃機関(以下、エンジンという。)2は火花点火型の内燃機関として構成されている。エンジン2の出力軸2aは、電磁クラッチ7を介してオートメーテッドトランスミッション(AMT)8と接続されている。電磁クラッチ7はAMT8の変速操作に合わせて係合操作及び解放操作が行なわれる。また、電磁クラッチ7は供給電流の強さを変化させることで動力の伝達率をほぼ無段階で調整できる。従って、電磁クラッチ7への供給電流の強さを制御することによって、電磁クラッチ7を滑らせながら係合する半係合操作が可能である。
AMT8は前進4段の複数の変速段から一つの変速段を選択できる。AMT8による変速段の選択は車両1の車速やアクセル開度に基づいて自動的に行なわれる。また、AMT8がマニュアルモードへ切り替えられることにより、不図示のシフトノブを運転者が操作することによって変速段が選択される。
AMT8は、入力軸10と、これと平行に延びている出力軸11と、これら入力軸10と出力軸11との間に設けられた第1〜第4ギア対G1〜G4とを備えている。第1〜第4ギア対G1〜G4は第1速〜第4速に対応する。なお、車両1の後退走行は第1速が選択された状態でモータ・ジェネレータ8が逆転することにより実施される。第1ギア対G1は互いに噛み合う第1ドライブギア13及び第1ドリブンギア14を含む。第2ギア対G2は互いに噛み合う第2ドライブギア15及び第2ドリブンギア16を含む。第3ギア対G3は互いに噛み合う第3ドライブギア17及び第3ドリブンギア18を含む。第4ギア対G4は互いに噛み合う第4ドライブギア19及び第4ドリブンギア20を含む。各ギア対G1〜G4のギア比は、第1ギア対G1、第2ギア対G2、第3ギア対G3、第4ギア対G4の順に小さくなるように設定されている。
第1ドライブギア13及び第2ドライブギア15は、それぞれ入力軸10と一体に回転するように入力軸10に設けられている。一方、第3ドライブギア17及び第4ドライブギア19は、それぞれ入力軸10に対して相対回転可能なように入力軸10に設けられている。第1ドリブンギア14及び第2ドリブンギア16は、それぞれ出力軸11に対して相対回転可能なように出力軸11に設けられている。一方、第3ドリブンギア18及び第4ドリブンギア20は、それぞれ出力軸11と一体に回転するように出力軸11に設けられている。
AMT8には、上記複数の変速段のいずれか一つを有効化するため、結合装置C1〜C4が設けられている。各結合装置C1〜C4は周知の噛み合い式クラッチとして構成されており、不図示の操作機構にて操作される。第1結合装置C1は第1ドリブンギア14を出力軸11に結合させて第1ドリブンギア14と出力軸11とを一体回転させる係合状態と、その結合を解放する解放状態との間で動作できる。同様に、第2結合装置C2は第2ドリブンギア16を出力軸11に結合させて第2ドリブンギア16と出力軸11とを一体回転させる係合状態と、その結合を解放する解放状態との間で動作できる。また、第3結合装置C3は第3ドライブギア17を入力軸10に結合させて第3ドライブギア17と入力軸10とを一体回転させる係合状態と、その結合を解放する解放状態との間で動作できる。同様に、第4結合装置C4は第4ドライブギア19を入力軸11に結合させて第4ドライブギア19と入力軸11とを一体回転させる係合状態と、その結合を解放する解放状態との間で動作できる。AMT8は、これらの結合装置C1〜C4のいずれか一つが係合状態となることによって上記複数の変速段のいずれか一つを有効化できる。
出力軸11には第1出力ギア21が一体回転するように設けられている。第1出力ギア21は、不図示の駆動輪に連結された差動機構25のケースに設けられたリングギア26と噛み合っている。AMT8から出力されたトルクはリングギア26及び差動機構25を介して左右の駆動輪に伝達される。AMT8から駆動輪に至る動力伝達経路は走行用駆動力を出力するためのものであるから本発明に係る動力伝達経路に相当する。モータ・ジェネレータ3のトルクはギア列28を介して出力軸11に伝達される。ギア列28は、出力軸11と一体回転する第2出力ギア29と、第2出力ギア29と噛み合った状態でモータ軸3aと一体回転するモータドライブギア30とを含む。
エンジン2、モータ・ジェネレータ3、電磁クラッチ7及びAMT8のそれぞれに対する制御は、コンピュータユニットとして構成された電子制御ユニット(ECU)40にて行われている。ECU40は車両1の適正な走行状態を得るための各種制御プログラムを保持している。ECU40は、これらのプログラムを実行することにより上述したエンジン2等の制御対象に対する制御を行っている。ECU40には車両1の走行状態に関係する情報を出力する種々のセンサが接続されている。例えば、入力軸10の回転速度に応じた信号を出力する入力側レゾルバ41、出力軸11の回転速度に応じた信号を出力する出力側レゾルバ42、エンジン2のクランク角に応じた信号を出力するクランク角センサ43、及びアクセル開度に応じた信号を出力するアクセル開度センサ44がECU40に電気的に接続されている。
ECU40が行なう制御としては、エンジン2及びモータ・ジェネレータ3を走行用動力源とするハイブリッド走行モードやエンジン2を停止した状態でモータ・ジェネレータ3のみを走行用動力源とする電気走行モード等の各種の走行モードを切り替える走行モード切替制御がある。その走行モード切替制御に付随してエンジン2の停止制御や始動制御が行なわれる。更に、車両1の減速時に駆動輪から入力される動力を利用してモータ・ジェネレータ3で発電する回生制御も行なわれる。以下、ECU40が実行する制御のうち本発明に関連する制御について説明し、その他の制御については説明を省略ないし簡略化する。
ECU40は電気走行モード中に要求駆動力の増大に合わせてエンジンを始動させて電気走行モードからハイブリッド走行モードへ走行モードを切り替える場合がある。この走行モードを切り替える過程でエンジン2の始動を実現するため、ECU40は図2の始動制御を行なう。図2のルーチンのプログラムはECU40の記憶されており、適時に読み出されて数msec程度の所定間隔で繰り返し実行される。
ステップS1において、ECU40はエンジン2の始動要求の有無を判定する。始動要求が有る場合はステップS2に進み、そうでない場合は以後の処理をスキップして今回のルーチンを終了する。始動要求は電気走行モードで走行中に要求駆動力が閾値を超えて増大する等の始動条件が成立した場合に発生する。
ステップS2において、ECU40は電磁クラッチ7を滑らせながら係合させる半係合操作を開始する。この半係合操作によってモータ・ジェネレータ3のトルクがAMT8を介してエンジン2に伝達され、エンジン2はクランキングされる。ECU40は半係合操作の開始とともに、半係合操作に伴う損失が補償されるようにモータ・ジェネレータ3を制御する。これにより、半係合操作に伴って車両1が減速することを防止できる。なお、ECU40は半係合操作と並行してエンジン2のファイアリングを行なう。
ステップS3において、ECU40は要求駆動力が所定基準よりも大きいか否かを判定する。要求駆動力が所定基準よりも大きい場合はステップS4に進み、要求駆動力が所定基準以下の場合はステップS5に進む。要求駆動力はアクセル開度及び車速に基づいて算出される。アクセル開度はアクセル開度センサ44の信号に基づいて、車速は出力側レゾルバ42の信号に基づいてそれぞれ算出される。所定基準は駆動力の応答性の要求度を考慮して設定される。従って、要求駆動力と所定基準との間には、要求駆動力が所定基準を上回る場合は応答性の要求度が高く、要求駆動力が所定基準以下の場合は応答性の要求度が高くないという関係が成立する。
ステップS4において、ECU40は要求駆動力が大きい場合に適した開始時期に電磁クラッチ7の解放操作を開始させる図3の第1解放操作を行なう。図3のステップS41において、ECU40は解放操作時におけるエンジン側回転速度の推定値Nepを算出する。なお、本形態は電磁クラッチ7とエンジン2とが直結されているので、エンジン側回転速度とエンジン2の回転速度とは一致する。エンジン側回転速度はエンジン2側に接続される電磁クラッチ7の回転要素の回転速度を意味し、エンジン2の回転速度は出力軸2aの回転速度を意味する。電磁クラッチ7の解放操作が行なわれるとファイアリングによってエンジン側回転速度が上昇する。この解放操作を速く行なうほどショックが発生し易くなる。ショックの発生限界となる操作速度はエンジン側回転速度毎に存在する。そこで、ECU40は、現在のエンジン側回転速度においてショックを発生させない最速のタイミングで電磁クラッチ7の解放操作を行なったことを条件として推定値Nepを推定する。
ステップS42において、ECU40は推定値Nepが入力軸10の回転速度Ninから安全マージンαを減算した値を超えたか否かを判定する。入力軸10の回転速度Ninは入力側レゾルバ41の信号に基づいて算出される。回転速度Ninは本発明に係る動力伝達経路側回転速度に相当する。安全マージンαはエンジン側回転速度の推定精度を考慮して定められる。ステップS42の判定結果が肯定的な場合はステップS43に進み、否定的な場合はステップS41に戻る。
ステップS43において、ECU40は電磁クラッチ7の解放操作を開始する。ステップS42の安全マージンαを0でない値に適宜設定することにより、エンジン側回転速度が入力軸10の回転速度を上回らないことを条件として解放操作を開始できる。安全マージンαを小さく設定するほど解放操作の開始時期はエンジン側回転速度が入力軸10の回転速度を上回る直前になるから、それだけ解放操作の開始時期が遅くなる。解放操作の開始時期が遅くなるほどエンジン2の回転速度を速やかに上昇させることができる。
図2に戻り、ステップS5において、ECU40は要求駆動力が所定基準以下の場合に適した開始時期に電磁クラッチ7の解放操作を開始させる図4の第2解放操作を行なう。図4のステップS51において、ECU40は半係合操作中のエンジン2が所有するエネルギーEを算出する。このエネルギーEは、運動エネルギーEk、位置エネルギーEp、供給エネルギーEa、及び損失エネルギーEsを合計したものである。これらのエネルギーの具体的な算出は周知の方法で行なうことができる。これらの算出の概略は次の通りである。運動エネルギーEkはエンジン2の回転速度から公知の数式を用いて算出される。位置エネルギーEpはエンジン2のクランク角、圧縮圧にて生じるトルク、及び回転速度に基づいて算出される。供給エネルギーEaはクラッチトルク及び回転速度に基づいて算出される。損失エネルギーEsはエンジン2の回転速度及びフリクショントルクに基づいて算出される。
ステップS52において、ECU40はエネルギーEが自立始動可能エネルギーβよりも大きいか否かを判定する。自立始動可能エネルギーβは電磁クラッチ7の解放操作が行なわれてもエンジン2の回転速度が所定の始動可能限度を下回らずに初爆時期まで維持され得るエネルギーである。始動可能限度はエンジン2に固有の値であり実験的に定められる。自立始動可能エネルギーβはエンジン2の回転速度及びクランク角の関数である。ECU40は、予め実験的に作成された、エンジン2の回転速度とクランク角とを変数とした不図示のマップを記憶している。ECU40はそのマップを参照して、現在のエンジン2の回転速度とクランク角とに対応した自立始動可能エネルギーβを算出し、その自立始動可能エネルギーβとエネルギーEとの大小を比較する。ステップS52の判定結果が肯定的な場合はステップS53に進み、否定的な場合はステップS51に戻る。
ステップS53において、ECU40は電磁クラッチ7の解放操作を開始する。ステップS52の判定が肯定的な場合に解放操作が行なわれるため、その解放操作の開始時期はエンジン2が所有するエネルギーEが自立始動可能エネルギーβに達した時となる。従って、このタイミングで解放操作が行われることにより、エンジン2の初爆時期までエンジン2の回転速度が始動可能限度を下回らずに維持される。そのため、確実なエンジン始動を実現しつつ可能な限り解放操作の開始時期を早めることができる。
図2に戻り、ステップS6において、ECU40はエンジン2の回転速度Neが入力軸10の回転速度Ninよりも大きいか否かを判定する。回転速度Neが回転速度Ninよりも大きい場合はステップS7に進む。回転速度Neが回転速度Nin以下の場合は処理の進行を保留する。
ステップS7において、ECU40は係合操作を行なう。この係合操作は電磁クラッチ7のトルクの伝達率を徐々に高めながら完全に係合状態とする周知の操作である。この係合操作が行なわれることによって始動後のエンジン2のトルクが入力軸10に伝達されて走行モードの切り替えが完了する。
以上説明した図2〜図4の制御が行なわれることによって、図5Aの要求駆動力が大きい場合と図5Bの要求駆動力が小さい場合との間で制御結果が異なるものとなる。これらの図から明らかなように、電磁クラッチ7の半係合操作が開始される始動要求の発生時t0からクラッチトルクTqが下がり始める解放操作の開始時期t2までの期間T1は、図5Aの要求駆動力が大きい場合に長く、図5Bの要求駆動力が小さい場合に短くなる。そのため、図5Aに示すように、要求駆動力が大きい場合は、要求駆動力が小さい場合に比べてエンジン2の回転速度の上昇が速くなる。その結果、要求駆動力が大きい場合は、要求駆動力が小さい場合に比べて、解放操作の開始時t2から走行モードの切り替え完了時t3までの期間T2が短くなる。これにより、要求駆動力が大きく駆動力の応答性が求められる状況で駆動力の応答性を高めることができる。一方、要求駆動力が小さい場合は、始動要求の発生時t0から解放操作の開始時期t2までの期間T1が短くなる結果として、解放操作の開始時t2走行モードの切り替え完了時t3までの期間T2が長くなる。しかし、電磁クラッチ7の振動の発生を抑制することを条件として半係合操作の実施期間を可能な限り短縮できるので、半係合操作によって失われるエネルギーを削減できる。
このように、本形態の始動システムによれば、電磁クラッチ7の解放操作の開始時期が要求駆動力に応じて変更されるので、走行モードの切り替えまでに要する時間が要求駆動力に応じたものとなる。これにより、要求駆動力に応じた駆動力の応答性を得ることができる。
上記形態において、ECU40は、図2の制御ルーチンを実行することにより本発明の始動制御手段として、図2のステップS7を実行することにより本発明の走行モード切替手段として、それぞれ機能する。ECU40は図2のステップS2、図3のステップS43及び図4のステップS53を実行することにより本発明のクラッチ制御手段として、図2のステップS3〜ステップS5を実行することにより、本発明のクラッチ解放時期設定手段として、それぞれ機能する。
但し、本発明は上記形態に限定されず、本発明の要旨の範囲内において種々の形態にて実施できる。上記形態では、要求駆動力が所定基準よりも小さい場合において、エンジンの回転速度が所定の始動可能限度を超えたことを始動可能条件とすることができる。
本発明のエンジン始動システムが適用可能な車両としては図1の形態に限らない。例えば、図6に示すように、電動機としてのモータ・ジェネレータ61が内蔵された変速機60を搭載した車両1′でもよい。電動機の搭載箇所に制限はない。従って、電動機は、クラッチよりも出力側に設けられていればよい。例えば、電動機は、駆動輪が連結される差動機構や、駆動輪と差動機構との間に設けられてもよい。更に、電動機はインホイールモータとして駆動輪の内部に設けられてもよい。車両に搭載される変速機としては、デュアルクラッチトランスミッション(DCT)でも、無段変速機(CVT)でも、オートマチックトランスミッション(AT)でも構わない。
この態様において、前記クラッチ解放時期設定手段は、前記エンジン側回転速度が前記動力伝達経路側回転速度を上回らないことを条件として前記解放操作の開始時期が遅くなるように、前記解放操作の開始時期を設定してよい。この場合には、クラッチのエンジン側回転速度が動力伝達経路側回転速度を上回ることによって生じる振動の発生を抑えることができる限界まで開始時期を遅らせることができる。これにより、振動が発生する直前までエンジンの回転速度を上昇させながらエンジンを始動できるので、走行モードの切り替えを早期に完了できる。従って、要求駆動力が大きく駆動力の応答性が求められる状況で駆動力の応答性を高めることができる。また、本発明の一態様として、前記要求駆動力が大きい場合は、前記要求駆動力が小さい場合と比べて、前記開放操作の前記開始時期が相対的に遅くてもよい。
Claims (5)
- 走行用駆動力を出力する動力伝達経路にクラッチを介してエンジンが連結されるとともに、前記動力伝達経路に電動機が連結されたハイブリッド車両に適用されるエンジン始動システムにおいて、
前記エンジンが停止した走行モード中に前記エンジンの始動要求があった場合に前記電動機のトルクを利用して前記エンジンを始動させる始動制御手段と、前記エンジンの始動後のトルクが前記動力伝達経路に伝達されるように前記クラッチを係合させる走行モード切替手段と、を備え、
前記始動制御手段は、前記エンジンをクランキングするために前記クラッチを滑らせながら係合する半係合操作と、前記エンジンのクランキング開始後に前記クラッチを解放する解放操作とを実行するクラッチ制御手段と、前記クラッチ制御手段が実行する前記解放操作の開始時期を要求駆動力に応じて変更するクラッチ解放時期設定手段と、を有するエンジン始動システム。 - 前記クラッチ解放時期設定手段は、前記要求駆動力が所定基準よりも小さい場合、前記半係合操作によって前記エンジンの始動が可能となる始動可能条件が成立した時に前記解放操作が開始するように、前記解放操作の開始時期を設定する、請求項1のエンジン始動システム。
- 前記クラッチ解放時期設定手段は、前記半係合操作中に前記エンジンが所有するエネルギーが、前記解放操作が行なわれても前記エンジンの回転速度が所定の始動可能限度を下回らずに初爆時期まで維持され得る自立始動可能エネルギーに達した時を前記始動可能条件が成立した時として前記解放操作の開始時期を設定する、請求項2のエンジン始動システム。
- 前記クラッチ解放時期設定手段は、前記要求駆動力が所定基準よりも大きい場合、前記クラッチのエンジン側回転速度と動力伝達経路側回転速度とに基づいて前記解放操作の開始時期を設定する、請求項1のエンジン始動システム。
- 前記クラッチ解放時期設定手段は、前記エンジン側回転速度が前記動力伝達経路側回転速度を上回らないことを条件として前記解放操作の開始時期が遅くなるように、前記解放操作の開始時期を設定する、請求項4のエンジン始動システム。
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