JP5769565B2

JP5769565B2 - ハイブリッド車両の制御装置

Info

Publication number: JP5769565B2
Application number: JP2011205471A
Authority: JP
Inventors: 邦夫坂田
Original assignee: Daimler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2011-09-21
Filing date: 2011-09-21
Publication date: 2015-08-26
Anticipated expiration: 2031-09-21
Also published as: JP2013067211A; DE112012003938T5; WO2013042716A1

Description

本発明は、エンジン及びモータの少なくとも一方から出力された動力を、デュアルクラッチトランスミッションを介して駆動輪に伝達することにより走行を行うハイブリッド車両の制御装置の技術分野に関する。

近年、ガソリンエンジンやディーゼルエンジンなどの内燃機関、及び、バッテリに蓄えられた電力で動作可能なモータ（電動機）の少なくとも一方を動力源として走行するハイブリッド車両が注目されている。ハイブリッド車両は、減速時にモータを回生駆動して発電し、得られた電力をバッテリに充電して蓄える。そして、当該充電した電力を用いて電動機を力行駆動することにより、内燃機関の燃料消費量を削減し、燃費性能の改善を図っている。

ハイブリッド車両を含む一般的な車両では、加速時、制動時、旋回時における車両挙動を安定化するために、様々な車両挙動安定制御が用いられている。例えば加速時に駆動輪のスリップ率が予め設定された所定閾値を超えた場合に、エンジン若しくはモータの出力制御を行うことにより、最適なトラクションを確保して車両挙動を安定化させるスリップ率制御がある。また、制動時に駆動輪のスリップ率が予め設定された所定閾値を超えた場合に、ブレーキ制動力を調整することにより駆動輪のロックを防止して車両挙動を安定化させるアンチロックブレーキ制御（以下、「ＡＢＳ制御」と称する）がある。また、旋回時のアンダーステア状態やオーバーステア状態に基づいて、車両に作用するヨーモーメントを打ち消すことによって車両挙動の安定化を図る車両姿勢制御がある。

ハイブリッド車両にこのような車両挙動安定制御を適用する場合、制御の複雑化を招くことが問題点になっていた。即ち、ハイブリッド車両は動力源としてエンジンとモータを有するため、車両挙動を安定化させるためには、刻々と変化する車両挙動に応じてこれらエンジンとモータのそれぞれの出力を協調させる必要があり、制御ロジックが大変複雑になってしまい、コスト増につながってしまうという問題がある。

このような問題点に対して、特許文献１では車両挙動安定制御を実施する際には、制御性のよいモータの出力トルクをゼロに設定してエンジンからの出力のみを制御することにより、車両安定制御の簡素化を行っている。これにより、ハイブリッド車両においても、動力源としてエンジンのみを有する通常の車両に用いられていた制御ロジックを流用することが可能となるとされている。

特開２００７−３３１５４０号公報

近年、エンジンやモータからの動力を駆動輪に伝達する変速機として、複数のクラッチを用いたデュアルクラッチトランスミッションが着目されている。ここで、デュアルクラッチトランスミッションの概要として簡潔に説明すると、デュアルクラッチトランスミッションでは変速段をそれぞれ奇数段と偶数段に分類し、それぞれに対応するクラッチを備えた構成を有しており、一方のクラッチを接続状態にして駆動輪に動力を伝達している間に、他方のクラッチは切断状態にしておき、変速指示に応じて次にシフトする変速段を予め選択しておく（プレシフトを行う）。そして、一方のクラッチを切断状態に切り替えると共に、他方のクラッチを接続状態に切り替えることによって、非常に短いシフト期間で変速動作を完了させることができる。これにより、デュアルクラッチトランスミッションでは、シフト操作に伴うエネルギーロスが少なくて済むため、燃費向上や変速時のショックの低減を図ることができる。

ここで、ハイブリッド車両にデュアルクラッチトランスミッションを採用する場合、クラッチの出力側と変速機の入力側との間にモータが接続されているとプレシフト時にモータの慣性による負荷が生じるので、特にクラッチが切断状態にあるとき、変速機の入力側と出力側との回転数差がなくなるように予め回転合わせを行う必要がある。つまり、プレシフトを実行する場合は、モータが取り付けられる変速機の入力側の回転数を出力側の回転数に一致させるように、モータから所定のトルクを出力して、プレシフト時におけるギヤ入れ等のショックを緩和する必要がある。

しかしながら、特許文献１のように車両挙動安定制御の実施時にモータの出力トルクをゼロに設定すると、このようなモータを用いた回転合わせを行うことができなくなる。そのため、車両挙動安定制御が実施されている間はプレシフトを行うことができず、ドライバーは走行状態に適していない変速段での走行を余儀なくされてしまい、燃費やドライバビリティが悪化してしまう。一方、プレシフトさせるために必要なトルクをモータに許容していると車両挙動安定制御にそのモータトルクが悪影響を与える可能性があり、車両挙動の安定性が低下してしまう。

本発明は上述の問題点に鑑みなされたものであり、車両挙動安定制御の簡易化を図りつつ、デュアルクラッチトランスミッションにおいて適切にプレシフト操作が可能な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。

本発明に係るハイブリッド車両の制御装置は上記課題を解決するために、エンジン及びモータの動力が駆動輪に伝達可能な第１の動力伝達系と、該第１の動力伝達系の前記エンジン及び前記モータ間に設けられる第１のクラッチと、前記エンジンの動力が前記駆動輪に伝達可能な第２の動力伝達系と、該第２の動力伝達系に設けられる第２のクラッチとを備えてなるデュアルクラッチトランスミッションを介して前記エンジン及び前記モータの少なくとも一方で発生した動力を前記駆動輪に伝達することにより走行を行うハイブリッド車両の制御装置であって、前記制御装置は、車両挙動が不安定状態であると判定されたときに車両挙動を安定させるように車両を制御する車両挙動安定制御手段と、前記デュアルクラッチトランスミッションの変速段の切換に先立ちプレシフト要求があったか否かを判断するプレシフト要求判断手段と、前記車両挙動安定制御の作動中に前記モータの出力トルクを予め設定された第１のモータトルク以下に制限すると共に、前記第１の動力伝達系に対するプレシフト要求があった場合、前記モータの出力トルクの制限を前記第１のモータトルクから該プレシフトが実行可能な第２のモータトルクに変更するように制御するモータトルク制御手段とを備えたことを特徴とする。

本発明によれば、車両挙動安定制御の作動時に制御性のよいモータの出力トルクを第１のモータトルク以下に制限することにより、ハイブリッド車両においてもエンジンを主体とした車両挙動安定制御が可能となり、モータとの協調制御を簡素化して車両安定制御の複雑化を回避することができる。そして、プレシフト要求が有った場合に限って、プレシフト時の回転数合わせに必要なモータトルクを出力可能なように、第１のモータトルクによる制限を第２のモータトルクまで緩和することによって、車両挙動安定制御時においてもプレシフトを可能とすることができる。これにより、車両挙動安定制御の簡易化を図りつつ、デュアルクラッチトランスミッションにおいて適切にプレシフト操作を可能とすることができる。

好ましくは、前記第１のモータトルクはゼロトルクであるとよい。これによれば、車両挙動安定制御が実施された際にはモータからの出力トルクをゼロに制限することで、エンジンからの出力のみを制御することにより、車両安定制御をより簡素化できる。これにより、ハイブリッド車両においても、動力源としてエンジンのみを有する通常の車両に用いられていた制御ロジックを流用するで、容易に車両安定制御を実施できる。

また、前記第２のモータトルクは、前記モータが接続される前記第１の動力伝達系における変速機の入力側回転数を該第１の動力伝達系における変速機の出力側回転数と一致させるトルクに設定されているとよい。これによれば、車両挙動安定制御の作動中は第１のモータトルクに制限しておくことによってモータからの出力トルクの影響を排除して車両挙動安定制御の簡素化を図る一方で、プレシフト要求があった場合に当該プレシフトにモータによる変速機の入出力軸の回転数合わせに必要な分だけの第２のモータトルクの出力を許容することで、車両挙動安定制御の作動中においても適切にプレシフトを行うことができる。

本実施例に係るハイブリッド車両の全体構成を概念的に示すブロック図である。本実施例に係るハイブリッド車両の変速時におけるデュアルクラッチトランスミッションの動作を示す模式図である。本実施例に係るハイブリッド車両で実施されるモータトルク制御を示すフローチャート図である。

以下、図面を参照して本発明の好適な実施例を例示的に詳しく説明する。但しこの実施例に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は特に特定的な記載がない限りは、この発明の範囲をそれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例に過ぎない。

図１は、本実施例に係るハイブリッド車両１の全体構成を概念的に示すブロック図である。ハイブリッド車両１は走行用動力源としてエンジン２及びモータ３を有するハイブリッド電気自動車である。エンジン２及びモータ３の動力は、デュアルクラッチトランスミッション４を介して、所定のギア比でプロペラシャフト５に伝達される。デュアルクラッチトランスミッション４には後述するように複数のクラッチが含まれており、これら複数のクラッチの接続状態を切り替えることにより、動力源としてエンジン２、モータ３、或いはエンジン２とモータ３の双方のいずれかから出力された動力をプロペラシャフト５側に伝達されるようになっている。プロペラシャフト５に伝達された動力は、差動装置６及び駆動軸７を介して駆動輪８が駆動されることにより、ハイブリッド車両１の走行が行われる。

エンジン２は、ハイブリッド車両１の動力源の一つとして機能する内燃機関であり、ガソリンエンジンであってもよいし、ディーゼルエンジンであってもよい。ガソリンエンジンの場合には燃焼室に直接燃料を噴射する、いわゆる直噴式ガソリンエンジンであってもよい。

モータ３は、所定の磁場を発生させるステータ（固定子）と、該ステータによって発生された磁場を横切るように回転するロータ（回転子）とを含んでなる電動機であり、デュアルクラッチトランスミッション４に組み込まれている。モータ３は、インバータ９を介してバッテリ１０から供給される電力により力行駆動することにより、駆動トルクを発生させ、ハイブリッド電気自動車１の動力源の一つとして機能する。またモータ３が回生駆動された場合には、回生エネルギーを発生させることによって発電を行うと共に、制動トルクを発生させて回生ブレーキとしても機能する。尚、モータ３で発電された電力は、インバータ９にて直流変換された後、バッテリ１０に充電される。

ここで更に図２を参照して、デュアルクラッチトランスミッション４の動作について具体的に説明する。図２は、本実施例に係るハイブリッド車両１の変速時におけるデュアルクラッチトランスミッション４の動作を示す模式図である。尚、図２（ａ）及び（ｂ）ではそれぞれ、プロペラシャフト５への動力の伝達経路を太く示してある。

デュアルクラッチトランスミッション４は、動力を駆動輪８側に伝達するための経路として、第１の動力伝達系４ａと第２の動力伝達系４ｂを有している。図２（ａ）は第１の動力伝達系４ａを介して動力がプロペラシャフト５に伝達される場合を図示している。第１の動力伝達系４ａはエンジン２及びモータ３の動力を駆動輪８に伝達可能な動力伝達系であり、エンジン２及びモータ３間に設けられた第１のクラッチ１１ａと、偶数変速段（２速、４速、６速）を担当する変速ギア群１２ａとを備えてなる。

一方、図２（ｂ）は第２の動力伝達系４ｂを介して動力がプロペラシャフト５に伝達される場合を図示している。第２の動力伝達系４ｂはエンジン２の動力を駆動輪８に伝達可能な動力伝達系であり、エンジン２と駆動輪８側との接続状態を切り替えるための第２のクラッチ１１ｂと、奇数変速段（１速、３速、５速）を担当する変速ギア群１２ｂとを備えてなる。

図２（ａ）に示すように、エンジン２及びモータ３の動力が第１の動力伝達系４ａを介して駆動輪８側に伝達されている際には第１のクラッチ１１ａが接続状態にあり第２のクラッチ１１ｂは切断状態にあるが、このとき第２の動力伝達系４ｂの変速ギア群１２ｂでは、次のタイミングで変速される変速段を予め選択（プレシフト）しておく。

また、図２（ｂ）に示すように、エンジン２の動力が第２の動力伝達系４ｂを介して駆動輪８側に伝達されている際には第２のクラッチ１１ｂが接続状態にあり第１のクラッチ１１ａは切断状態にあるが、このとき第１の動力伝達系４ａの変速ギア群１２ａでは、次のタイミングで変速される変速段を予め選択（プレシフト）しておく。

これにより、デュアルクラッチトランスミッション４では変速動作に要する時間を短縮し、トルク抜けなどのエネルギーロスを減少させることができる。このようにハイブリッド車両１は、第１のクラッチ１１ａ及び第２のクラッチ１１ｂの接続状態を交互に接続／切断に切り替えることにより、第１の動力伝達系４ａ又は第２の動力伝達系４ｂのいずれかを介して、適切なギアを選択しながら走行する。

再び図１に戻って、バッテリ１０は、モータ３を力行駆動するための電力を蓄積する二次電池セルからなる蓄電池である。バッテリ１０には予め直流電力が充電されており、放電時に出力された直流電力がインバータ９によって交流変換され、モータ３の力行駆動のために消費される。一方、モータ３の回生駆動時には、モータ３で発電した交流電力をインバータ９によって直流変換し、バッテリ１０に充電される。

尚、バッテリ１０の上限充電量及び下限充電量は、バッテリ１０を構成する二次電池セルの種類・数などの諸条件により予め規定されている。バッテリの充電量は、上限充電量から下限充電量の範囲内に収まるように電子デバイスによって制御されており、過充電・過放電状態に陥ることを防止することによって、バッテリ１０の長寿命化が図られている。

また、ハイブリッド車両１にはスリップ率制御、ＡＢＳ制御、車両姿勢制御などの各種車両挙動安定制御を実施するために必要なパラメータを検出するための各種センサが設けられている。具体的には図１では図示を省略しているが、車輪速度センサ、ヨーレートセンサ、ステアリングセンサ、横加速度センサ、車速センサなどが設けられており、これらのセンサ類からの検出値に基づいて車両挙動が乱れているか否かを総合的に判断して各種車両挙動安定制御が実施されるように構成されている。

また、上記以外に図示しないセンサとして、モータ３や変速機４の入力軸および出力軸の回転数を検出するためのセンサが設けられている。

ブレーキペダル１５とアクセルペダル１６は、図示しないセンサによって踏み込み具合を検出される。

ＥＣＵ１４は、ハイブリッド車両１に設けられた各種センサの検出値、ブレーキペダル１５やアクセルペダル１６などから取得したドライバーからの加減速要求に関する情報（それぞれの踏み込み量）に基づいて、ハイブリッド車両１の動作全体を制御する電子制御ユニットである。具体的には、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ（Read Only Memory）及びＲＡＭ（Random Access Memory）等を備えて構成される電子制御ユニットであり、ＲＯＭに格納された制御プログラムに従って、後述する各種制御を実行することが可能に構成されている。例えば、ＥＣＵ１４は上記各種情報に基づいてエンジン２から出力すべきトルクを制御したり、インバータ９を制御することによってモータ３を力行又は回生駆動する。その際、ＥＣＵ１４は車両挙動の乱れの有無を判断し、その判断結果に基づいて適宜車両挙動安定制御を実施して、車両挙動の安定化を図る。

続いて図３を参照して、ハイブリッド車両１で実施されるモータトルク制御について説明する。図３は本実施例に係るハイブリッド車両１で実施されるモータトルク制御を示すフローチャート図である。尚、以下説明するように、モータトルク制御においてＥＣＵ１４は、本発明の「車両挙動安定制御手段」、「プレシフト要求判断手段」、「モータトルク制御手段」の一例として機能する。

まずＥＣＵ１４は、車両挙動安定制御が実施されているか否かを判定する（ステップＳ１０１）。ここで車両挙動安定制御としては、例えば加速時に駆動輪のスリップ率が予め設定された所定閾値を超えた場合に、エンジン若しくはモータの出力制御を行うことにより、最適なトラクションを確保して車両挙動を安定化させるスリップ率制御がある。また、制動時に駆動輪のスリップ率が予め設定された所定閾値を超えた場合に、ブレーキ制動力を調整することにより駆動輪のロックを防止して車両挙動を安定化させるＡＢＳ制御がある。また、旋回時のアンダーステア状態やオーバーステア状態に基づいて、車両に作用するヨーモーメントを打ち消すことによって車両挙動の安定化を図る車両姿勢制御がある。

車両挙動安定制御が作動中である場合（ステップＳ１０１：ＹＥＳ）、ＥＣＵ１４はモータ３の出力トルクを第１のモータトルクＴ１に制限する（ステップＳ１０２）。このように車両挙動安定制御の作動時に制御性のよいモータの出力トルクを第１のモータトルクＴ１以下に制限することにより、ハイブリッド車両１においてもエンジン２を主体とした車両挙動安定制御が可能となり、モータ３との協調制御を簡素化して車両安定制御の複雑化を回避することができる。

本実施例では特に、第１のモータトルクＴ１はゼロトルクに設定されている。これによれば、車両挙動安定制御が実施された際にはモータからの出力トルクをゼロに制限することで、エンジンからの出力のみを制御することにより、車両安定制御をより簡素化できる。これにより、ハイブリッド車両１においても、動力源としてエンジンのみを有する通常の車両に用いられていた制御ロジックを流用するで、容易に車両安定制御を実施できる。

尚、車両挙動安定制御が作動中でない場合（ステップＳ１０１：ＮＯ）、モータ３の出力トルクは走行状態に応じて通常通り制御される（ステップＳ１０５）。

続いて、ＥＣＵ１４は車両挙動安定制御の作動中に第１の動力伝達系４ａに対してプレシフト要求があったか否かを判定する（ステップＳ１０３）。第１の動力伝達系４ａにはモータ３が連結されているため、プレシフト時にはモータ３が接続されている変速機４の入力側の回転数と出力側の回転数が一致するように、モータ３から所定のトルクを出力して、プレシフトにおけるギヤ入れ時のショックを緩和する必要がある。つまり、大きい慣性力を有するモータ３に対してゼロトルク制御をしていると、プレシフト時に変速機４のギヤを係合させる際にモータ３が負荷となってしまい、ギヤ入れ時にショックが発生しスムーズなプレシフトが出来なくなってしまう場合がある。そこで、第１の動力伝達系４ａに対してプレシフト要求があったと判定された場合（ステップＳ１０３：ＹＥＳ）、ステップＳ１０２にて第１のモータトルクＴ１に設定されたモータ３の出力トルクの制限値を、スムーズなプレシフトを実施可能にするための第２のモータトルクＴ２に変更する（ステップＳ１０４）。

このようにプレシフト要求が有った場合に限って、プレシフト時のモータ３による回転数合わせに必要な第２のモータトルクＴ２を出力可能なように、第１のモータトルクＴ１による制限を緩和することによって、車両挙動安定制御時においてもプレシフトを可能とすることができる。これにより、車両挙動安定制御の簡易化を図りつつ、デュアルクラッチトランスミッションにおいて適切にプレシフト操作を可能とすることができる。

この第２のモータトルクＴ２は第１のモータトルクＴ１（本実施例ではゼロに設定）より大きく設定されており、図示しないモータ３及び変速機４の入出力軸の回転数センサによって検出した値を用いて、以下の式に基づき算出される。
（１）プレシフト時の目標モータ回転数算出
目標モータ回転数＝変速機の出力軸回転数 × プレシフト後の目標ギヤ段のギヤ比・・・式１
（２）目標モータ回転数と実モータ回転数を一致させるための要求モータトルク算出
第２のモータトルクＴ２＝（目標モータ回転数 − 実モータ回転数）の比例項、積分項、微分項 × ＰＩＤ制御ゲイン・・・式２
これにより、車両挙動安定制御の作動中は第１のモータトルクＴ１に制限しておくことによってモータからの出力トルクの影響を排除して車両挙動安定制御の簡素化を図る一方で、プレシフト要求があった場合に当該プレシフトに必要な分だけの第２のモータトルクＴ２の出力を許容することで、車両挙動安定制御の作動中においても適切にプレシフトを行うことができる。

尚、デュアルクラッチトランスミッション４の第２の動力伝達系４ｂにはモータが設置されていないため、第１の動力伝達系４ａのようなプレシフト要求時には通常のシンクロ機能で対応するとよい。

尚、車両挙動安定制御の作動中にプレシフトがない場合（ステップＳ１０３：ＮＯ）、ステップＳ１０２にて第１のモータトルクＴ１に設定されたモータ３の出力トルクの制限値にモータ３の出力トルクを制限して制御を終了する。

以上説明したように、本発明によれば、車両挙動安定制御の作動時に制御性のよいモータ３の出力トルクを第１のモータトルクＴ１以下に制限することにより、ハイブリッド車両においてもエンジン２を主体とした車両挙動安定制御が可能となり、モータ３との協調制御を簡素化して車両安定制御の複雑化を回避することができる。そして、プレシフト要求が有った場合に限って、プレシフト時の回転数合わせに必要なモータトルクを出力可能なように、第１のモータトルクＴ１による制限を第２のモータトルクＴ２まで緩和することによって、車両挙動安定制御時においてもプレシフトを可能とすることができる。これにより、車両挙動安定制御の簡易化を図りつつ、デュアルクラッチトランスミッションにおいて適切にプレシフト操作を可能とすることができる。

本発明は、エンジン及びモータの少なくとも一方から出力された動力を、デュアルクラッチトランスミッションを介して駆動輪に伝達することにより走行を行うハイブリッド車両の制御装置に利用可能である。

１ハイブリッド車両
２エンジン
３モータ
４デュアルクラッチトランスミッション
４ａ第１の動力伝達系
４ｂ第２の動力伝達系
５プロペラシャフト
６差動装置
７駆動軸
８駆動輪
９インバータ
１０バッテリ
１１ａ第１のクラッチ
１１ｂ第２のクラッチ
１２ａ偶数変速段
１２ｂ奇数変速段
１４ＥＣＵ（車両挙動安定制御手段、プレシフト要求判断手段、モータトルク制御手段）
１５ブレーキペダル
１６アクセルペダル

Claims

エンジン及びモータの動力が駆動輪に伝達可能な第１の動力伝達系と、該第１の動力伝達系の前記エンジン及び前記モータ間に設けられる第１のクラッチと、前記エンジンの動力が前記駆動輪に伝達可能な第２の動力伝達系と、該第２の動力伝達系に設けられる第２のクラッチとを備えてなるデュアルクラッチトランスミッションを介して前記エンジン及び前記モータの少なくとも一方で発生した動力を前記駆動輪に伝達することにより走行を行うハイブリッド車両の制御装置であって、
前記制御装置は、
車両挙動が不安定状態であると判定されたときに車両挙動を安定させるように車両を制御する車両挙動安定制御手段と、
前記デュアルクラッチトランスミッションの変速段の切換に先立ちプレシフト要求があったか否かを判断するプレシフト要求判断手段と、
前記車両挙動安定制御の作動中に前記モータの出力トルクを予め設定された第１のモータトルク以下に制限すると共に、前記第１の動力伝達系に対するプレシフト要求があった場合、前記モータの出力トルクの制限を前記第１のモータトルクから該プレシフトが実行可能な第２のモータトルクに変更するように制御するモータトルク制御手段と
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。
前記第１のモータトルクはゼロトルクであ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装置。
前記第２のモータトルクは、目標回転数を前記モータが接続される前記第１の動力伝達系における変速機の出力軸回転数とプレシフト後のギヤ段のギヤ比との積とし、前記目標モータ回転数と実モータ回転数とを一致させるように算出されるモータトルクに設定されてい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装置。