JP2013252845A - 親環境自動車のエンジンクラッチ伝達トルク学習装置および方法 - Google Patents

Abstract

【課題】エンジンクラッチ制御に関連する部品の特性偏差による伝達トルクを学習し、運転性と発進応答性、および燃費向上ができる親環境自動車を提供する。
【解決手段】この親環境自動車は、エンジンとモータを結合または解除してＥＶモードまたはＨＥＶモードを実現するエンジンクラッチと、ハイブリッド制御器の制御によってモータを駆動させるインバータと、変速レバー検出器と、ハイブリッド制御器とを有して、そのハイブリッド制御器は、変速機の状態がエンジンクラッチ伝達トルク学習条件であれば、モータを目標速度で駆動させて無負荷状態のエンジンとモータの間を一定の相対速度に維持し、キスポイントを超える制御圧（キスポイント圧力＋α）でエンジンクラッチを結合し、エンジンクラッチの伝達トルクが含まれているモータトルクを測定して基本モデル値との差によりエンジンクラッチの伝達トルクを学習することからなっている。
【選択図】図２

Description

本発明は、親環境自動車のエンジンクラッチ伝達トルク学習装置および方法に関し、より詳細には、エンジンクラッチの伝達トルクを学習して運転性および燃費向上を提供できるようにする親環境自動車のエンジンクラッチ伝達トルク学習装置および方法に関するものである。

自動車に対する燃費向上の要求と強化された排出ガスに対して、車載式故障診断装置（ＯＢＤ；Ｏｎ Ｂｏａｒｄ Ｄｉａｇｎｏｓｉｓ Ｓｙｓｔｅｍ）を車両に搭載して排ガス規制をするＯＢＤ規制を満たした親環境自動車が提供されている。

親環境自動車は、燃料電池自動車、電気自動車、プラグイン電気自動車、ハイブリッド自動車を包括するものであって、１つ以上のモータとエンジンが備えられており、モータを駆動させるための高電圧の電源が保存されるバッテリ、バッテリの直流電圧を交流電圧に変換させるインバータ、エンジンの動力を駆動軸に伝達するためにエンジンとモータの間にエンジンクラッチが装着される。

親環境自動車は、運転手の加速ペダルとブレーキペダルの操作によって判断される加減速意志、負荷、車速、バッテリの充電状態（ＳＯＣ）などに応じてエンジンクラッチを結合あるいは解除してＨＥＶモードとＥＶモードの運行ができる。
ＥＶモード運行からＨＥＶモード運行に転換されるとき、エンジン速度とモータ速度が同期化した後にエンジンクラッチを結合することにより、互いに異なる動力源であるエンジンとモータの間の動力伝達過程でトルク変動が発生しないようにして運転性が確保される。

しかし、バッテリがロー充電状態（ＬＯＷ ＳＯＣ）を維持する場合、バッテリおよびモータの温度が設定された基準温度条件を超える場合、運行する道路の勾配度が急激な傾斜面を有する場合などの条件においては、発進（ｓｔａｒｔｉｎｇ）のためにエンジンクラッチをスリップ（Ｓｌｉｐ）制御しなければならない場合がある。このような運転条件でエンジンクラッチをスリップ制御するためには、極めて精密なクラッチの圧力制御が要求される。

エンジンクラッチの伝達トルクは、エンジンクラッチ両端の摩擦面が物理的に接触して伝達されるトルク（エンジンクラッチ両端の負荷）であり、基本的に有効圧力と摩擦係数によって推定することができる。

親環境自動車の発進動作において、エンジンクラッチの制御は、運転性および燃費を左右する極めて重要な変数であるが、要素やエンジンクラッチを作動させるソレノイドバルブの電流と圧力特性の偏差、ソレノイドバルブの老朽化、エンジンクラッチ両端摩擦材の劣化などによって摩擦係数の変化が発生するために特性偏差が発生する。このようなエンジンクラッチ制御の関連部品の老朽化によって特性偏差が発生し、エンジンクラッチの精密制御が行われないことにより、運転性および燃費の悪化を招くことがある。

従来の親環境自動車の多くは、エンジンクラッチの伝達トルクを学習する技術が適用されておらず、車種別に伝達トルクの推定値に特性偏差が発生するため、発進動作のエンジンクラッチ制御において、車両別および老朽化に応じて発進加速度（ａｃｃｅｌｅｒａｔｉｏｎ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃ ｏｆ ｓｔａｒｔｉｎｇ）の差を発生させることがある。

また、発進動作のエンジンクラッチ制御において、エンジン制御器にフィードフォワードする因子が不正確であり、エンジンの速度制御に負担が発生して発進応答性を悪化させるという問題が発生することもある。

クラッチに関する学習技術は、出力軸回転数に基づいて変速機クラッチのクラッチモデルを学習して変速機の経時変化を検出し、変速機クラッチの動力特性を補正する自動車の制御方法〔特許文献１〕、変速制御開始後に入力トルクが変化した場合でも学習補正値に基づいて適切に変速制御が行われるように学習補正する変速制御装置〔特許文献２〕、車両減速中に電動発電機トルクからクラッチ伝達トルクを推定した後、推定されたクラッチ伝達トルクを基にクラッチ特性を補正するハイブリッド車両のクラッチ特性補正方法〔特許文献３〕、車両の駆動輪と接続された第一動力源の出力トルクを学習対象のトルクまで増減させ、かつ当該増減させた分のトルクを打ち消すトルクをクラッチを介さずに駆動輪と接続された第二動力源に出力させて、学習対象のトルクに偏りが生じることを抑制できる車両制御装置〔特許文献４〕などの技術が開示されている。

特開２００３−０１１６９９号公報 特開２００７−１９８５６４号公報 特開２０１０−１０５６４９号公報 特開２０１２−１８３９５７号公報

上述した問題点を改善するためになされた本発明の目的は、エンジンクラッチ制御に関連する部品の特性偏差による伝達トルクを学習し、運転性と発進応答性、および燃費向上ができるエンジンとモータを動力源として備えた親環境自動車、およびエンジンクラッチ伝達トルク学習方法を提供する。

本発明に係るエンジンとモータを動力源として備えた親環境自動車は、エンジンとモータを結合または解除してＥＶモードまたはＨＥＶモードを実現するエンジンクラッチと、ハイブリッド制御器の制御によってモータを駆動させるインバータと、変速機の状態を検出する変速レバー検出器と、自動車の運行を制御するハイブリッド制御器と、を有して構成され、ハイブリッド制御器は、変速機の状態がエンジンクラッチ伝達トルク学習条件であれば、モータを目標速度で駆動させて無負荷状態のエンジンとモータの間を一定の相対速度に維持し、キスポイント（ｋｉｓｓ ｐｏｉｎｔ）を超える制御圧（キスポイント圧力＋α）でエンジンクラッチを結合し、エンジンクラッチの伝達トルクが含まれているモータトルクを測定して基本モデル値との差によりエンジンクラッチの伝達トルクを学習することからなっている。

ここで、好ましい条件では、無負荷状態のエンジンは、始動オフあるいはアイドル制御が進行される条件で、エンジンとモータの間で一定水準の回転数差（△ＲＰＭ）を確保することができる状態であることを意味する。

そして、エンジンクラッチを結合させるキスポイントは、エンジンクラッチの両端が接触してモータのトルクが変わり始めるときの制御圧であることを意味する。

本発明に係る親環境自動車のエンジンクラッチ伝達トルク学習方法は、変速レバーの位置がエンジンクラッチ伝達トルク学習条件を満たしているかを判断する過程と、エンジンクラッチ伝達トルク学習条件を満たしていれば、モータを無負荷状態で駆動させて設定された目標速度に収斂させる過程と、目標速度で無負荷状態のモータトルク（Ａ）を測定し、制御ロジックによるキスポイントを超える制御圧（キスポイント＋α）でエンジンクラッチを結合する過程と、エンジンクラッチの結合によってモータ速度およびトルクが収斂すれば、エンジンクラッチの伝達トルクが含まれているモータトルク（Ｂ）を検出する過程と、無負荷状態のモータトルクとエンジンクラッチ伝達トルクが含まれているモータトルク（Ｂ）を比較してトルク偏差を算出する過程、エンジンクラッチ伝達トルクのモデル値とトルク偏差を比較して補正ファクタを学習する過程と、を有してなっている。

ここで、好ましくは、エンジンクラッチ伝達トルク学習条件は、変速レバーの位置が「ニュートラルレンジ（Ｎ段）」あるいは「パーキングレンジ（Ｐ段）」に位置する無負荷条件で設定される。

そして、このエンジンクラッチ伝達トルク学習条件において、エンジンは、オフあるいはアイドル制御が維持される。

本発明は、親環境自動車において、エンジンクラッチを作動させるソレノイドバルブの電流と圧力偏差、ソレノイドバルブの老朽化、エンジンクラッチ両端摩擦材の劣化などに特性偏差を有するエンジンクラッチの伝達トルクを学習することにより、エンジンクラッチの制御を精密に行うことで燃費向上と発進応答性の向上が達成できる。

本発明に係る親環境自動車のエンジンクラッチ伝達トルク学習装置を示す図である。 本発明に係る親環境自動車のエンジンクラッチ伝達トルク学習手続を示すフローチャートである。 本発明に係る親環境自動車において、エンジンクラッチ伝達トルク学習概念を示す図である。

以下、添付の図面を参照しつつ、本発明の親環境自動車のエンジンクラッチ伝達トルク学習装置について、当技術分野において通常の知識を有する者が容易に実施できるように詳細に説明する。
本発明は多様に相違した形態で実現されてもよく、ここで説明する実施形態に限定されることはない。また、本発明を明確に説明するために説明上で不必要な部分は省略し、明細書全体に渡って同じまたは類似する構成要素については同じ参照符号を付けて説明する。図面に示す各構成は、説明の便宜のために任意に示したものであり、本発明が必ずしも図面に示したものに限定されることはない。

図１は、本発明に係る親環境自動車のエンジンクラッチ伝達トルク学習装置を示す図であり、変速レバー検出器１０１、ハイブリッド制御器１０２、インバータ１０３、バッテリ１０４、バッテリ管理機１０５、エンジン制御器１０６、モータ１０７、エンジン１０８、ハイブリッド・スタータ・アンド・ジェネレータ（ＨＳＧ；Ｈｙｂｒｉｄ Ｓｔａｒｔｅｒ ａｎｄ Ｇｅｎｅｒａｔｏｒ）１０９、エンジンクラッチ１１０、変速機１１１を含んで構成されている。

変速レバー検出器１０１は、運転手が選択する変速レバーの位置を検出し、それに対する情報を電気的信号でハイブリッド制御器１０２に提供する。

ハイブリッド制御器１０２は、変速レバー検出器１０１から提供された情報で変速レバーの位置が「パーキングレンジ（Ｐ段）」または「ニュートラルレンジ（Ｎ段）」であると判定されたとき、無負荷状態のエンジン１０８とモータ１０７の間に一定の相対速度を維持した状態で、キスポイント（Ｋｉｓｓ Ｐｏｉｎｔ）を超える制御圧でエンジンクラッチ１１０を結合し、モータ１０７に伝達されるエンジンクラッチ１１０の伝達トルクを測定した後、基本モデル値との差によりエンジンクラッチ１１０の伝達トルクを学習する。
そして、ハイブリッド制御器１０２は、学習されたエンジンクラッチ１１０の伝達トルクによって補正値を算出して制御圧に適用する。

無負荷状態のエンジン１０８条件は、始動オフあるいはアイドル制御が進行される条件であって、エンジン１０８とモータ１０７の間に一定水準の回転数差（△ＲＰＭ）を確保することができる状態（エンジンとモータの回転速度に差が生じる状態）を意味する。

エンジンクラッチ１１０を結合するキスポイントは、学習ロジックによって決定されたエンジンクラッチ１１０を結合させる制御圧を意味する。

ハイブリッド制御器１０２は、次のような学習手順によってエンジンクラッチ１１０の伝達トルクを学習して補正値を算出する。

変速レバー検出器１０１から提供された情報で変速レバーが「Ｐ段」または「Ｎ段」に位置していると判断されれば、学習モードに進入し、インバータ１０３によってモータ１０７の速度を設定された目標速度に制御する。

このとき、エンジン１０８は、停止またはアイドル制御が進行される状態であり、エンジン１０８とモータ１０７の間に一定水準の△ＲＰＭが確保される状態である。

モータ１０７の速度が設定された目標速度に収斂されれば、無負荷状態のモータ１０７トルク（Ａ）を測定して保存し、学習ロジックによるキスポイントを超える制御圧（キスポイント圧力＋α）でエンジンクラッチ１１０を結合する。

ここで、キスポイントは、エンジンクラッチ１１０のプレートが接触してモータ１０７のトルクが変わる瞬間のクラッチ制御圧を意味し、αは、エンジン１０８のトルクがモータ１０７に伝達されるようにする追加の制御圧を意味するが、これは実験を通じて予め設定することができる。

この後、モータ１０７の速度とトルクが安定した時点にエンジンクラッチ１１０の伝達トルクが含まれているモータ１０７のトルク（Ｂ）を検出し、無負荷状態で測定されたモータ１０７トルクとエンジンクラッチ１１０の伝達トルクが含まれているモータ１０７のトルクを比較し、エンジンクラッチ１１０を通じて伝達されるトルク偏差を算出する。
そして、設定されたエンジンクラッチ１１０の伝達トルクモデル値とトルク偏差を比較して補正ファクタを算出した後、エンジンクラッチ１１０の制御圧に適用する。

インバータ１０３は、エンジンクラッチ１１０の学習モードにおいて、ハイブリッド制御器１０２から印加される制御信号によってモータ１０８を設定された目標速度に制御する。そして、モータ１０８を目標速度に制御するときに発生する消耗電流量の情報をハイブリッド制御器１０２に提供して無負荷状態のモータ１０７トルクを検出できるようにし、エンジンクラッチ１１０を結合した状態でモータ１０７の消耗電流量をハイブリッド制御器１０２に提供し、エンジンクラッチ１１０の伝達トルクが含まれているモータ１０７のトルクを検出できるようにする。

バッテリ１０４は、複数の単位セルで形成されており、モータ１０７に駆動電圧を提供するための高電圧、例えば、直流３５０Ｖ〜４５０Ｖの電圧が保存される。

バッテリ管理機１０５は、バッテリ１０４の作動領域内で各セルの電流、電圧、温度などを検出して充電状態（ＳＯＣ：Ｓｔａｔｅ Ｏｆ Ｃｈａｒｇｅ）を管理し、バッテリ１０４の充放電電圧を制御し、限界電圧以下で過放電したり限界電圧以上で過充電することによって寿命が短くなることを防いでいる。

エンジン制御器１０６は、ハイブリッド制御器１０２からネットワークを通じて印加された制御信号によってエンジン１０８の作動を制御する。

モータ１０７は、インバータ１０３から印加された三相交流電圧によって作動してトルクを発生させ、緩行走行では発電機として作動し、その回生エネルギーをバッテリ１０４に供給する。
エンジン１０８は、エンジン制御器１０６の制御によってエンジンの始動オン／オフと出力が制御され、電気スロットルコントロール（ＥＴＣ；Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｔｈｒｏｔｔｌｅ Ｃｏｎｔｒｏｌ）（図示していない）によって吸入空気量が調整される。

ＨＳＧ１０９は、スタータおよびジェネレータとして作動し、ハイブリッド制御器１０２から印加される制御信号によってエンジン１０８の始動オンを実行し、エンジン１０８が始動オンを維持する状態でジェネレータとして作動して電圧を発電させ、発電電圧をインバータ１０３を通じてバッテリ１０４に充電電圧として提供する。

エンジンクラッチ１１０は、エンジン１０８とモータ１０７の間に配置され、ＥＶモードとＨＥＶモードの転換によってエンジン１０８とモータ１０７の間の動力を連結したり遮断したりする。

変速機１１１は、ハイブリッド制御器１０２とネットワークに連結し、目標変速段で変速を施行する。

上述した機能を有して構成されるエンジンクラッチ伝達トルク学習手順について、以下に説明する。
図２は、本発明に係る親環境自動車のエンジンクラッチ伝達トルク学習手順を示すフローチャートである。本発明が適用される親環境自動車において、ハイブリッド制御器１０２は、変速レバー検出器１０１により変速レバーの位置を検出し（Ｓ１０１）、エンジンクラッチ１１０の伝達トルクに対する学習進入条件を満たしているかを判断する（Ｓ１０２）。ここで、エンジンクラッチ１１０の伝達トルク学習条件は、変速レバーが「Ｐ段」または「Ｎ段」に位置した状態を意味する。

Ｓ１０２で、ハイブリッド制御器１０２は、エンジンクラッチ１１０の伝達トルクに対する学習条件を満たしていれば、学習モードで進入し、インバータ１０３によってモータ１０７を駆動させて設定された目標速度に制御する（Ｓ１０３）。このとき、エンジン１０８は、停止またはアイドル制御が進行されている状態であり、エンジン１０８とモータ１０７の間に一定水準の△ＲＰＭが確保される状態であって、エンジンクラッチ１１０の油圧指令は「０」で出力される状態である。

ハイブリッド制御器１０２は、モータ１０７の速度を検出し、設定された目標速度に収斂したのかを判断し（Ｓ１０４）、目標速度に収斂されていれば、無負荷状態のモータ１０７トルク（図３の「Ａ」）を測定して保存する（Ｓ１０５）。そして、ハイブリッド制御器１０２は、図３を参照すれば分かるように、学習ロジックによるキスポイントを超える制御圧（キスポイント圧力＋α）でエンジンクラッチ１１０を結合する（Ｓ１０６）。

ハイブリッド制御器１０２は、エンジンクラッチ１１０の結合によってモータ１０７の速度とトルクが安定するように収斂されれば（Ｓ１０７）、エンジンクラッチ１１０の伝達トルク（負荷トルク）が含まれているモータ１０７のトルク（図３の「Ｂ」）を測定する（Ｓ１０８）。

この後、ハイブリッド制御器１０２は、Ｓ１０５で測定した無負荷状態のモータ１０７トルクとエンジンクラッチ１１０の伝達トルクが含まれている負荷状態のモータ１０７トルクを比較し、エンジンクラッチ１１０を通じて伝達されるトルク偏差を算出する（Ｓ１０９）。そして、ハイブリッド制御器１０２は、予め設定されたエンジンクラッチ１１０の伝達トルクモデル値とトルク偏差を比較して補正ファクタを算出する（Ｓ１１０）。
例えば、この補正ファクタは、例えば、トルク偏差を予め設定された伝達トルクモデル値で割算して得られる値である。

この後、エンジンクラッチ１１０の制御圧に適用するために学習値を保存するが（Ｓ１１１）、この学習値は、例えば、補正ファクタと予め設定されたエンジンクラッチ１１０の伝達トルクモデル値の合計である。

上記した手順によってエンジンクラッチ１１０の伝達トルク学習が完了すれば、エンジンクラッチ１１０に油圧指令を「０」で出力してエンジンクラッチ１１０を解除し、モータ１０７の駆動を中止する（Ｓ１１２）。

上記の保存された学習値は、以後のエンジンクラッチ１１０の結合を制御するのに適用され、以後に学習を進行するようになれば、新たな学習値に代替されるようになる。

以上、本発明に係る親環境自動車のエンジンクラッチ伝達トルク学習装置、およびその学習方法を、実施形態を挙げ、図面を用いて説明しれたが、本発明はこれによって限定されるものではなく、当技術分野において通常の知識を有する者により、本発明の技術思想と添付する特許請求の範囲の均等範囲内で多様な修正および変形が可能であることは勿論である。

１０１：変速レバー検出器
１０２：ハイブリッド制御器
１０３：インバータ
１０４：バッテリ
１０５：バッテリ管理機
１０６：エンジン制御器
１０７：モータ
１０８：エンジン
１０９：ＨＳＧ
１１０：エンジンクラッチ

Claims (7)

1. エンジンとモータを動力源として備えた親環境自動車において、
   エンジンとモータを結合または解除してＥＶモードまたはＨＥＶモードを実現するエンジンクラッチと、
   ハイブリッド制御器の制御によってモータを駆動させるインバータと、
   変速機の状態を検出する変速レバー検出器と、
   自動車の運行を制御するハイブリッド制御器と、
   を含み、
   前記ハイブリッド制御器は、変速機の状態がエンジンクラッチ伝達トルク学習条件であれば、モータを目標速度で駆動させて無負荷状態のエンジンとモータの間を一定の相対速度に維持し、キスポイント（ｋｉｓｓ ｐｏｉｎｔ）を超える制御圧（キスポイント圧力＋α）でエンジンクラッチを結合し、エンジンクラッチの伝達トルクが含まれているモータトルクを測定して基本モデル値との差によりエンジンクラッチの伝達トルクを学習することを特徴とする親環境自動車のエンジンクラッチ伝達トルク学習装置。
2. 前記無負荷状態のエンジンは、始動オフあるいはアイドル制御が進行される条件で、エンジンとモータの間で一定水準の回転数差（△ＲＰＭ）を確保することができる状態であることを特徴とする請求項１に記載の親環境自動車のエンジンクラッチ伝達トルク学習装置。
3. 前記エンジンクラッチを結合させるキスポイントは、エンジンクラッチの両端が接触してモータのトルクが変わり始めるときの制御圧であることを特徴とする請求項１に記載の親環境自動車のエンジンクラッチ伝達トルク学習装置。
4. 前記エンジンクラッチの学習条件は、変速機の変速段が「パーキングレンジ（Ｐ段）」あるいは「ニュートラルレンジ（Ｎ段）」であることを特徴とする請求項１に記載の親環境自動車のエンジンクラッチ伝達トルク学習装置。
5. 変速レバーの位置がエンジンクラッチ伝達トルク学習条件を満たしているかを判断する過程と、
   エンジンクラッチ伝達トルク学習条件を満たしていれば、モータを無負荷状態で駆動させて設定された目標速度に収斂させる過程と、
   目標速度で無負荷状態のモータトルク（Ａ）を測定し、制御ロジックによるキスポイントを超える制御圧（キスポイント＋α）でエンジンクラッチを結合する過程と、
   エンジンクラッチの結合によってモータ速度およびトルクが収斂すれば、エンジンクラッチの伝達トルクが含まれているモータトルク（Ｂ）を検出する過程と、
   無負荷状態のモータトルクとエンジンクラッチ伝達トルクが含まれているモータトルク（Ｂ）を比較してトルク偏差を算出する過程と、
   エンジンクラッチ伝達トルクのモデル値とトルク偏差を比較して補正ファクタを学習する過程と、
   を含むことを特徴とする親環境自動車のエンジンクラッチ伝達トルク学習方法。
6. 前記エンジンクラッチ伝達トルク学習条件は、変速レバーの位置が「ニュートラルレンジ（Ｎ段）」あるいは「パーキングレンジ（Ｐ段）」に位置する無負荷条件で設定されることを特徴とする請求項５に記載の親環境自動車のエンジンクラッチ伝達トルク学習方法。
7. 前記エンジンクラッチ伝達トルク学習条件において、エンジンは、オフあるいはアイドル制御が維持されることを特徴とする請求項５に記載の親環境自動車のエンジンクラッチ伝達トルク学習方法。

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