JP3721818B2

JP3721818B2 - ハイブリッド車両の制御装置

Info

Publication number: JP3721818B2
Application number: JP36336998A
Authority: JP
Inventors: 孝司安藤; 薫澤瀬; 祐一後田
Original assignee: Mitsubishi Motors Corp
Current assignee: Mitsubishi Motors Corp
Priority date: 1998-12-21
Filing date: 1998-12-21
Publication date: 2005-11-30
Anticipated expiration: 2018-12-21
Also published as: JP2000177412A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、エンジンの始動と単独による走行駆動を行なう電動機を備えたハイブリッド車両の制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、排気ガス性能の向上や燃費向上を図るために、内燃機関（エンジン）と電動機（モータ）とにより駆動力を得るハイブリッド車が種々開発されている。ハイブリッド車としては、モータにより駆動力を得ると共にエンジンによりモータの電源となる電力を発電する形式のものや、モータとエンジンとを併用して駆動力を得るもの等がある。ハイブリッド車においては、モータでのみで走行したり必要に応じてエンジンが駆動される種々の運転モードを有し、走行中であってもエンジンの駆動を停止させることができる技術が従来から開示されている（特開平6-17727 号公報参照）。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
従来のハイブリッド車は、モータ出力軸が駆動車輪側に直接接続されているため、モータ単独走行による燃費向上効果を上げようとしてモータ単独走行の領域を単純に大きくすると、エンジンを始動するためのトルクが足りなくなる領域が発生して、エンジン出力が必要な時にモータでエンジンが始動できなくなる領域が発生する問題があった。また、モータの能力を上げてモータ単独走行の領域を大きくすると、大出力の大きなモータを必要とし、モータ及びバッテリの大型化につながってしまう。
【０００４】
本発明は上記状況に鑑みてなされたもので、電動機を大型化することなく、しかも、エンジンを始動するための専用の電動機を用いることなく電動機単独での走行中にエンジンの始動が確実に行なえるハイブリッド車両の制御装置を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため本発明では、クラッチを介して自動変速機の入力部材側に連結されると共にクラッチの接状態で電動機により始動されるエンジンを備え、自動変速機を介して電動機の出力側を駆動輪側に接続し、クラッチを断状態とした電動機の単独による車両走行時において、制御手段により、電動機がエンジンの始動トルク分の余裕トルクを残した範囲内で要求出力検出手段により検出した運転者による要求出力を満たす回転速度になるよう自動変速機の変速比を制御するようにしたものである。これにより、電動機を大型化することなく、しかも、エンジンを始動するための専用の電動機を用いることなく電動機単独での走行中にエンジンの始動が確実に行なえる。
【０００６】
そして、要求出力を満たす回転速度が、エンジンの始動トルク分の余裕トルクを残した範囲での最大回転速度になるように自動変速機の変速比を制御することが好ましい。これにより、エンジンの始動後に素早くエンジン回転速度を上昇させて十分なエンジン出力を得ることができ、エンジン始動後の加速応答性を向上させることができる。
【０００７】
【発明の実施の形態】
図１には本発明の一実施形態例に係る制御装置を備えたハイブリッド車両の概略構成、図２には制御装置のブロック構成、図３には変速比変更及びエンジン始動制御のフローチャート、図４にはモータトルクの特性を表すグラフ、図５には要求出力とモータトルク特性の状況を表すグラフを示してある。尚、図に示した車両は、電動機とエンジンとを併用して駆動力を得るハイブリッド車において、自動変速機として無段変速機を備えた車両を例に挙げて説明してあるが、無段変速機以外の自動変速機を備えた車両であっても本発明を適用することができる。
【０００８】
図１に示すように、エンジン１の出力軸２は、クラッチ３及び前後進切換用のダブルピニオン型の遊星歯車機構４を介して無段変速機(CVT) ５の入力側に連結されている。また、CVT ５の入力側にはエンジン始動モータ兼用の電気モータ／発電機（M/G)６が連結されている。CVT ５の出力側は発進クラッチ７を介してデフ８に連結され、駆動力が駆動輪９に伝達される。尚、図中の符号で４１は、遊星歯車機構４のリングギヤを停止させるためのブレーキである。
【０００９】
CVT ５の出力側は発進クラッチ７を介してデフ８に連結され、駆動力が駆動輪９に伝達される。CVT ５は、溝幅が変更可能な入力プーリ１１と出力プーリ１２とにベルト１３が掛け渡されて構成され、CVT 作動手段１４により入力プーリ１１及び出力プーリ１２の溝幅を変更することにより、所定の変速比が得られるようになっている。
【００１０】
駆動輪９の駆動車軸１７の回転速度を検出する駆動軸回転速度センサ（回転センサ）１８が設けられ、回転センサ１８により発進クラッチ７の下流側の駆動車軸１７の回転速度（車速）が検出される。一方、車両にはアクセルポジションセンサ(APS) １９が設けられ、APS １９によってアクセルペダルの踏み込み状態が検出される。つまり、車速を検出する回転センサ１８及びアクセルペダルの踏み込み状態を検出するAPS １９により、運転者の要求出力を検出する要求出力検出手段が構成されている。
【００１１】
上述したハイブリッド車においては、クラッチ３のオン・オフ及びエンジン１の駆動制御により、M/G ６のみでCVT ５の入力側に駆動力を伝達して駆動輪９を駆動したり、必要に応じてエンジン１を駆動してM/G ６とエンジン１を併用してCVT ５の入力側に駆動力を伝達して駆動輪９を駆動する種々の運転モードを有している。即ち、クラッチ３をオフ、ブレーキ４１をオフさせた状態でM/G ６をモータ作動させればモータ単独走行モードとなり、減速時はM/G ６を発電機作動させることで回生制動モードとなる。また、クラッチ３をオン、ブレーキ４１をオフさせた状態では遊星歯車機構４はエンジン１の出力軸と一体回転することになり、M/G ６を空転させればエンジン単独走行モード、M/G ６をモータ作動させればエンジン・モータ併用の走行モード、M/G ６を発電作動させればエンジン・発電機併用の走行モードとなる。尚、エンジン１の始動は、この状態でM/G ６のモータ出力をエンジン１の出力軸に伝達することにより行われる。また、クラッチ３をオフ、ブレーキ４１をオンさせた状態では、エンジン１の出力軸に対して遊星歯車機構４のキャリアが逆転してエンジン出力による後進が可能となる。
【００１２】
M/G ６単独による走行の場合、クラッチ３が断状態にされ、M/G ６のみでCVT ５の入力プーリ１１に駆動力を伝達して駆動輪９を駆動する。エンジン１を始動する場合、クラッチ３が接状態にされ、M/G ６の出力軸とエンジン１の出力軸２とが接続されてエンジン１がM/G ６により回転され、エンジン１の点火や燃料供給を制御することでエンジン１が始動される。
【００１３】
回転センサ１８及びAPS １９の検出情報は制御手段としての制御装置２０に入力され、制御装置２０は各種センサの検出情報に基づいてCVT 作動手段１４に動作指令を出力しCVT ５の変速比を制御したり、エンジン１の駆動を制御する。即ち、クラッチ３を断状態としたM/G ６の単独による車両走行時において、M/G ６がエンジン１の始動トルク分の余裕トルクを残した範囲内で運転者の要求出力を満たす回転速度になるようCVT ５の変速比を制御するようになっている。
【００１４】
また、変速比の制御を行なってもエンジン１の始動トルク分の余裕トルクを残して運転者の要求出力を満たすトルクがM/G ６で得られない場合、エンジン１を起動するように制御するようになっている。
【００１５】
図２に示すように、制御装置２０には要求出力算出手段２１が備えられ、要求出力算出手段２１では回転センサ１８及びAPS １９の検出情報に基づいて運転者の要求出力（要求馬力）が算出される。要求出力算出手段２１で算出された要求出力は条件判定手段２２に入力される。
【００１６】
条件判定手段２２では、エンジン１の始動トルクを確保しながら要求出力をM/G ６単独で出力可能（条件Ａ）か否かが判断されると共に、変速比を変化させることで条件Ａを実現可能（条件Ｂ）か否かが判断されるようになっている。条件判定手段２２からは、条件Ａ及び条件Ｂの判断結果に応じてエンジン始動手段２３もしくは変速比調節手段２４に動作指令が出力され、エンジン始動手段２３はクラッチ７に接指令を出力すると共にエンジン１側に点火や燃料供給指令を出力してエンジン始動を制御し、変速比調節手段２４はCVT 作動手段１４に変速比の変化動作指令を出力する。
【００１７】
制御装置２０の条件判定手段２２には、図４に示したように、変速比に応じたM/G ６の最大出力トルクＴの特性（図中実線で示してある）がマップ等により記憶されている。つまり、M/G ６は、変速比の変化（HIGH側もしくはLOW 側）に応じた回転速度の変化（遅い側もしくは速い側）により最大最大出力トルクＴが図４に示したように変化する特性となるので、M/G ６の出力トルクと回転速度（変速比）との関係が最大最大出力トルクＴの範囲内になるか否かで要求出力（要求馬力＝出力トルク×回転速度）をM/G ６単独で出力できるか否かを判定できる。
【００１８】
また、図４において、点線で示したトルク線ｔはエンジン１を始動するために必要な出力トルクを示してある。従って、運転者の要求出力に対応したM/G ６の出力とトルクと回転速度（変速比）との関係がM/G ６の最大出力トルクＴの範囲内であり、且つ、エンジン１を始動するために必要な出力トルク分の余裕が確保されていれば、M/G ６単独で運転者の要求出力に応じた走行を行いながらM/G ６によりエンジンを始動させることが可能となる。
【００１９】
図３及び図５に基づいて上述したエンジン始動及び変速比の変化の制御を具体的に説明する。図に示した制御は、例えば、M/G ６単独による発進走行中における運転者の要求出力に対して、変速比を制御してM/G ６単独による走行を最適に続行したり、M/G ６の出力トルクに応じてクラッチ３を接状態にすると共にエンジン１側の点火や燃料供給を制御してエンジン１を始動するようにしたものである。
【００２０】
図３に示すように、ステップＳ１で回転センサ１８及びAPS １９の検出情報に基づきアクセル開度と車速が読み込まれ、ステップＳ２でアクセル開度と車速に応じた運転者の要求出力（要求馬力）が算出される。例えば、図５に一点鎖線で示す要求出力αや図５に二点鎖線で示す要求出力βが算出される。そして、ステップＳ３で要求出力α（β）が条件Ａを満たしているか否か、即ち、エンジン１の始動トルクを確保しながらM/G ６単独で要求出力α（β）を出力可能か否かが判断される。
【００２１】
つまり、エンジン１を始動するために必要な出力トルクｔを加味した要求出力α₁（β₁）を求め（図５中細実線）、出力トルクｔを加味した要求出力α₁（β₁）がM/G ６の最大出力トルクＴ（図５中太実線）の範囲内にあるか否かが判断される。
【００２２】
ステップＳ３で要求出力が条件Ａを満たしている場合は、図５の図示例では出力トルクｔを加味した要求出力α₁を示す細実線がM/G ６の最大出力トルクＴを示す太実線以下に位置する範囲であり、出力トルクｔを加味した要求出力α₁が最大出力トルクＴの範囲内に存在する範囲Ｓが条件Ａを満たす変速比となっている。例えば、要求出力がαで、M/G ６の出力トルクと回転速度（変速比）との関係がケースａの場合は、出力トルクｔを加味した要求出力α₁線上に示したケースａとなり、最大出力トルクＴの範囲内に存在するので、条件Ａを満たしていると判断される。
【００２３】
ケースａの場合、ステップＳ３で要求出力が条件Ａを満たしていると判断され、ステップＳ４に移行する。ステップＳ４では、条件Ａを満足する最大変速比（LOW 側）を目標値にして変速制御が実施される。ケースａの場合、変速比をLOW 側に変化させても最大出力トルクＴの範囲内に存在する余裕があるため、最大出力トルクＴの範囲内で要求出力α₁を満たす最もLOW 側の点Ｐの位置の回転速度となるように変速比を変化させる（図５中矢印▲１▼）。
【００２４】
つまり、要求出力αを満たす回転速度が、エンジン１の始動トルク分の余裕トルクを残した範囲での最大回転速度になるようにCVT ５の変速比が制御される。これにより、エンジン１が始動した後には素早くエンジン回転速度を上昇させて十分なエンジン出力を得ることができ、エンジン始動後の加速応答性を向上させることができる。
【００２５】
ステップＳ４で変速制御が実施された後、ステップＳ５でエンジン１を停止したままM/G ６単独での走行を実施する。
【００２６】
ステップＳ３で要求出力が条件Ａを満たしていない場合は、図示例では出力トルクｔを加味した要求出力α₁を示す細実線がM/G ６の最大出力トルクＴを示す太実線より上に位置する場合及び要求出力βに出力トルクｔを加味した要求出力β₁に相当する場合である。例えば、要求出力αのケースｂ及び要求出力βのケースｃは、出力トルクｔを加味すると最大出力トルクＴの範囲から外れて条件Ａを満たす変速比の範囲から外れるので、条件Ａを満たしていないと判断される。
【００２７】
要求出力がケースｂ及びケースｃの場合、ステップＳ３で要求出力が条件Ａを満たしていないと判断され、ステップＳ６に移行する。ステップＳ６では、条件Ｂを満足しているか否か、即ち、変速比を変化させることで条件Ａを実現可能か否かが判断される。
【００２８】
要求出力αのケースｂの場合、変速比をHIGH側に変化させることで、最大出力トルクＴの範囲内の回転速度となるので、条件Ｂを満足していると判断される。要求出力βのケースｃの場合、変速比を変化させても最大出力トルクＴの範囲内にはならないので、条件Ｂを満足していないと判断される。
【００２９】
ステップＳ６で要求出力が条件Ｂを満足していると判断された場合、例えば、要求出力αのケースｂの場合、ステップＳ７で条件Ａを満足する変速比（点Ｐの位置）を目標値にして変速制御が実施される。ケースｂの場合、変速比をHIGH側に変化させることで、最大出力トルクＴの範囲内の回転速度となるので、最大出力トルクＴの範囲内で要求出力α₁を満たす最もLOW 側の点Ｐの位置の回転速度となるように変速比を変化させる（図５中矢印▲２▼）。
【００３０】
つまり、M/G ６がエンジン１の始動トルク分の余裕トルクを残した範囲内で要求出力αを満たす回転速度になるようにCVT ５の変速比が制御される。これにより、M/G ６を大型化することなく、しかも、エンジン１を始動するための専用の電動機を用いることなくM/G ６単独での走行中にエンジン１の始動が確実に行なえる。
【００３１】
ステップＳ７で変速制御が実施された後、リターンとなりエンジン１を停止したままM/G ６単独での走行を実施する。
【００３２】
ステップＳ６で要求出力が条件Ｂを満足していないと判断された場合、例えば、要求出力βのケースｃの場合、エンジン１を始動するために必要な出力トルクｔを加味すると変速比をHIGH側へ変化させても最大出力トルクＴの範囲内に入らないため、M/G ６単独での走行が不可能な要求出力β₁となるので、エンジン１を始動してエンジン１での走行を実施する。
【００３３】
上述したハイブリッド車両の制御装置は、クラッチ３を介してCVT ５の入力部材側に連結されると共にクラッチ３の接状態でM/G ６により始動されるエンジン１を備え、CVT ５を介してM/G ６の出力側を駆動輪９側に接続し、クラッチ３を断状態としたM/G ６の単独による車両走行時において、制御装置２０により、M/G ６がエンジン１の始動トルク分の余裕トルクを残した範囲内で、回転センサ１８及びAPS １９により検出した運転者による要求出力を満たす回転速度になるようM/G ６の変速比を制御するようにしたので、M/G ６を大型化することなく、しかも、エンジン１を始動するための専用の電動機を用いることなくM/G ６単独での走行中にエンジン１の始動が確実に行なえる。
【００３４】
そして、要求出力を満たす回転速度が、エンジンの始動トルク分の余裕トルクを残した範囲での最大回転速度になるようにCVT ５の変速比を制御するようにしたので、エンジン１の始動後に素早くエンジン１の回転速度を上昇させて十分なエンジン出力を得ることができ、エンジン始動後の加速応答性を向上させることができる。
【００３５】
【発明の効果】
本発明のハイブリッド車両の制御装置は、クラッチを介して自動変速機の入力部材側に連結されると共にクラッチの接状態で電動機により始動されるエンジンを備え、自動変速機を介して電動機の出力側を駆動輪側に接続し、クラッチを断状態とした電動機の単独による車両走行時において、電動機がエンジンの始動トルク分の余裕トルクを残した範囲内で要求出力検出手段により検出した運転者による要求出力を満たす回転速度になるよう自動変速機の変速比を制御する制御手段を備えたので、電動機を大型化することなく、しかも、エンジンを始動するための専用の電動機を用いることなく電動機単独での走行中にエンジンの始動が確実に行なえる。この結果、自動変速機を効果的に利用することにより、電動機による確実な始動能力を確保しながら、なるべく電動機単独で走行させることができ、燃費向上効果を効率良く得ることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態例に係る制御装置を備えたハイブリッド車両の概略構成図。
【図２】制御装置のブロック構成図。
【図３】変速比変更及びエンジン始動制御のフローチャート。
【図４】モータトルクの特性を表すグラフ。
【図５】要求出力とモータトルク特性の状況表すグラフ。
【符号の説明】
１エンジン
３クラッチ
５無段変速機(CVT)
６電気モータ／発電機(M/G)
９駆動輪
１４ CVT 作動手段
１８駆動車軸回転速度センサ（回転センサ）
１９アクセルポジションセンサ（ASP ）
２０制御装置
２１要求出力算出手段
２２条件判定手段
２３エンジン始動手段
２４変速比調節手段

Claims

出力部材が駆動輪側に連結された自動変速機と、
上記自動変速機の入力部材に連結された電動機と、
断接可能なクラッチを介して上記自動変速機の入力部材側に連結されると共に上記クラッチの接状態で上記電動機により始動されるエンジンと、
運転者による要求出力を検出する要求出力検出手段と、
上記クラッチを断状態とした上記電動機の単独による車両走行時において、上記電動機が上記エンジンの始動トルク分の余裕トルクを残した範囲内で上記要求出力を満たす回転速度になるよう上記自動変速機の変速比を制御する制御手段と
を備えたことを特徴とするハイブリッド車両の制御装置。