JP5794318B2 - ハイブリッド車両のエンジン始動制御装置 - Google Patents

Description

本発明はハイブリッド車両のエンジン始動制御装置に係り、特に、エンジンをクランキングして始動する際に電動モータのトルクを増加させて駆動力変動を抑制する技術の改良に関するものである。

(a) 電動モータと、(b) 動力伝達を接続、遮断する断接装置を介して駆動力伝達経路に接続されるエンジンと、を備えているハイブリッド車両において、(c) 前記電動モータにより走行している際に前記断接装置を接続することにより前記エンジンをクランキングして始動する際に、前記電動モータのトルクを増加させることにより、エンジンの始動トルクを電動モータで補償して駆動力変動を抑制する技術が提案されている（特許文献１参照）。

特開平６−１７７２７号公報

しかしながら、エンジンを始動する際にその始動トルクを電動モータで補償すると、その分だけ電動モータのトルクが大きくなって燃費が悪化する。一方、エンジンの始動トルクを電動モータで補償しないと、その始動トルク分だけ駆動力が変化して引込み感等のショックを生じる。

本発明は以上の事情を背景として為されたもので、その目的とするところは、走行中にエンジンをクランキングして始動する際の始動トルクによるショック（駆動力変動）を抑制しつつ燃費を向上させることにある。

かかる目的を達成するために、本発明は、(a) 電動モータと、(b) 動力伝達を接続、遮断する断接装置を介して駆動力伝達経路に接続されるエンジンと、を備え、(c) 前記電動モータにより走行している際に前記断接装置を接続することにより前記エンジンをクランキングし、そのエンジンのクランキング時に前記電動モータのトルクを増加させるハイブリッド車両のエンジン始動制御装置において、(d) 車両重量を判断し、その車両重量が大きい場合は車両重量が小さい場合よりも前記エンジンのクランキング時に増加させる前記電動モータのトルク増加量が小さくされることを特徴とする。

第２発明は、第１発明のハイブリッド車両のエンジン始動制御装置において、(a) 運転者の要求駆動力に基づいて前記電動モータのみによる走行と前記エンジンを用いる走行とが切り換えられるとともに、(b) 前記車両重量が大きい場合は車両重量が小さい場合よりも前記電動モータのみによって走行する要求駆動力の範囲が大きくされることを特徴とする。

第３発明は、第１発明または第２発明のハイブリッド車両のエンジン始動制御装置において、前記車両重量が大きい場合とはトーイング走行時であることを特徴とする。

このようなハイブリッド車両のエンジン始動制御装置においては、車両重量が大きい場合は小さい場合に比較してエンジンのクランキング時の電動モータのトルク増加量が小さくされるため、その分だけ電動モータのトルクが低減されて燃費が向上する。車両重量が大きい場合は、車両のイナーシャ（慣性）が大きく、始動トルクによる駆動力変動が相対的に小さくなってその駆動力変動によるショックが軽減されるため、電動モータのトルク増加量を小さくしてもショックが大きく悪化する恐れはない。また、車両重量が大きい場合は、一般に大きな駆動力が必要で電動モータの使用頻度が多くなるが、エンジン始動時の電動モータのトルク増加量が低減されることにより、その分だけ電動モータの負荷が軽減されて過熱等が抑制される。

一方、車両重量が小さい場合は、車両のイナシーャが比較的小さいため、エンジンの始動トルクによる駆動力変動が相対的に大きくなり、引込み感等のショックが大きくなるが、電動モータのトルク増加量が比較的大きいため、そのショックが適切に抑制される。このように、車両重量に応じてエンジン始動時の電動モータのトルク増加量が変更されることにより、始動トルクによるショックを適切に抑制しつつ燃費を向上させることができるとともに、電動モータの負荷が軽減されて過熱などが抑制される。

第２発明では、車両重量が大きい場合は車両重量が小さい場合よりも電動モータのみによって走行する要求駆動力の範囲が大きくされ、その分だけ電動モータのみで走行する頻度が高くなるため、燃費を一層向上させることができる。これは、車両重量が大きい場合にエンジンをクランキングする際の電動モータのトルク増加量が小さくされ、電動モータの負荷が軽減されることから実現できる技術である。

第３発明では、トーイング走行時に車両重量が大きいと判断されてエンジン始動時の電動モータのトルク増加量が小さくされるため、そのトーイング走行時のエンジン始動時のショックを適切に抑制しつつ燃費を向上させることができるとともに、電動モータの負荷が軽減されて過熱などが抑制される。

本発明が好適に適用されるハイブリッド車両の骨子図に、制御系統の要部を併せて示した概略構成図である。 図１のハイブリッド車両の複数の走行モードを説明する図である。 図１のハイブリッド車両の自動変速機に関し、複数のギヤ段を運転状態に応じて自動的に切り換える変速マップの一例を説明する図である。 図１のハイブリッド車両のエンジン制御に関し、アクセル操作量に対するスロットル弁開度の制御特性の一例を説明する図である。 図１の電子制御装置が機能的に備えているエンジン始動制御手段の作動を説明するフローチャートである。

本発明は、エンジンおよび電動モータが断接装置を介して接続されるハイブリッド車両に好適に適用されるが、パラレル型、シリーズ型等の種々のハイブリッド車両に適用可能である。エンジンは、燃料の燃焼によって動力を発生する内燃機関などである。電動モータとしては、発電機としても用いることができるモータジェネレータが好適に用いられるが、発電機の機能が得られないものでも良い。エンジンを駆動力伝達経路に接続する断接装置は、摩擦係合式のクラッチが好適に用いられるが、例えば遊星歯車装置等の分割機構を介してエンジンを駆動力伝達経路および発電機に接続し、その発電機のトルク制御でエンジンと駆動力伝達経路との間の動力伝達を接続、遮断するものでも良いなど、車両の慣性エネルギーを利用してエンジンをクランキングできる種々の態様が可能である。また、エンジンおよび電動モータは、必ずしも同一の駆動力伝達経路に配設される必要はなく、例えばエンジンを前輪側の駆動力伝達経路に配設し、電動モータを後輪側の駆動力伝達経路に配設することもできる。

本発明のハイブリッド車両は、例えば少なくともエンジンを駆動力源として用いて走行するエンジン走行、およびエンジンを停止して電動モータのみを駆動力源として用いて走行するモータ走行等の複数の走行モードが可能で、エンジン走行時には電動モータをアシスト的に用いたり常時用いたりすることができる。そして、これ等のエンジン走行およびモータ走行は、例えば低負荷の運転領域ではモータ走行で走行し、高負荷の運転領域ではエンジン走行で走行するなど、車速およびアクセル操作量（要求駆動力）等の運転状態をパラメータとして定められた切換マップに従って切り換えられ、モータ走行からエンジン走行に切り換えるためにエンジンを始動する際に本発明が適用される。バッテリーの蓄電残量ＳＯＣが低下した場合に、エンジンを始動して発電機によりバッテリーを充電する場合など、エンジン走行以外の目的でエンジンを始動する場合であっても良い。

上記切換マップは、第２発明のように車両重量が大きいか否かによって変更することが可能で、車両重量が大きい場合にモータ走行領域が例えば高アクセル操作量側および高車速側へ拡大されるが、第１発明の実施に際しては、車両重量の大きさに拘らず一定であっても良いし、逆にモータ走行領域を低アクセル操作量側、低車速側へ狭くしたり、モータ走行領域を無くしたりすることも可能である。第２発明の実施に際しては、車両重量が大きいか否かによって切換マップを２段階で切り換えるだけでも良いが、車両重量に応じて段階的に或いは連続的に変更することも可能である。

エンジンをクランキングして始動する際の電動モータのトルク増加量（補償トルク）は、エンジンの始動トルクすなわち断接装置の伝達トルクに応じて適宜定められる。このトルク増加量は、エンジンの始動トルクによる駆動力変動を完全に相殺できる大きさが望ましいが、少なくとも始動トルクによる駆動力変動を軽減できれば良い。車両重量が大きい場合は車両重量が小さい場合に比較してそのトルク増加量が小さくされるが、このトルク増加量は例えば車両重量が小さい場合の５０％程度等の一定値であっても良いし、車両重量に応じて段階的に或いは連続的に小さくすることもできる。また、車両重量が大きい場合はトルク増加量を０としても良い。

本発明は、例えば車両重量が大きいか否かを予め定められた判定基準に従って判定する車両重量判定手段と、車両重量が大きいと判定された場合には、そうでない場合に比較して電動モータによるトルク増加量を小さくするトルク増加量制御手段（補償トルク制御手段など）と、を有して構成される。車両重量判定手段は、例えば牽引車両を牽引して走行するトーイング走行が可能なハイブリッド車両においては、そのトーイング走行時は車両重量が大きいと判定でき、トーイング走行中か否かをトーイングスイッチのＯＮ、ＯＦＦ信号や車両の駆動力性能（アクセル操作量に対する車両加速度など）から判定するように構成される。トーイング走行しないハイブリッド車両においても、車両の駆動力性能から車両重量を判定することができるし、コンテナ等の荷物の積載の有無や積載重量、或いはバス等の乗車人数を検知して車両重量を判定することも可能である。

以下、本発明の実施例を、図面を参照しつつ詳細に説明する。
図１は、本発明が好適に適用されるハイブリッド車両１０の駆動系統の骨子図を含む概略構成図である。このハイブリッド車両１０は、燃料の燃焼で動力を発生するガソリンエンジンやディーゼルエンジン等の内燃機関であるエンジン１２と、電動モータおよび発電機として機能するモータジェネレータＭＧとを駆動力源として備えている。そして、それ等のエンジン１２およびモータジェネレータＭＧの出力は、流体式動力伝達装置であるトルクコンバータ１４からタービン軸１６、Ｃ１クラッチ１８を経て自動変速機２０に伝達され、更に出力軸２２、差動歯車装置２４を介して左右の駆動輪２６に伝達される。トルクコンバータ１４は、ポンプ翼車とタービン翼車とを直結するロックアップクラッチ（Ｌ／Ｕクラッチ）３０を備えているとともに、ポンプ翼車には機械式オイルポンプ３２が一体的に接続されており、エンジン１２やモータジェネレータＭＧによって機械的に回転駆動されることにより油圧を発生して油圧制御装置２８に供給する。ロックアップクラッチ３０は、油圧制御装置２８に設けられた電磁式の油圧制御弁や切換弁等によって係合解放される。上記モータジェネレータＭＧは電動モータに相当する。

上記エンジン１２とモータジェネレータＭＧとの間には、ダンパ３８を介してそれ等を直結するＫ０クラッチ３４が設けられている。このＫ０クラッチ３４は、油圧によって摩擦係合させられる単板式或いは多板式の油圧式摩擦係合装置で、エンジン１２をモータジェネレータＭＧすなわち駆動力伝達経路に対して接続したり遮断したりする断接装置として機能する。モータジェネレータＭＧは、インバータ４２を介してバッテリー４４に接続されている。また、前記自動変速機２０は、複数の油圧式摩擦係合装置（クラッチやブレーキ）の係合解放状態によって変速比が異なる複数のギヤ段が成立させられる遊星歯車式等の有段の自動変速機で、油圧制御装置２８に設けられた電磁式の油圧制御弁や切換弁等によって変速制御が行われる。Ｃ１クラッチ１８は自動変速機２０の入力クラッチとして機能するもので、同じく油圧制御装置２８によって係合解放制御される。

以上のように構成されたハイブリッド車両１０は、電子制御装置７０を備えている。電子制御装置７０は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、及び入出力インターフェースなどを有する所謂マイクロコンピュータを含んで構成されており、ＲＡＭの一時記憶機能を利用しつつＲＯＭに予め記憶されたプログラムに従って信号処理を行う。電子制御装置７０には、アクセル操作量センサ４６からアクセルペダルの操作量（アクセル操作量）Ａｃｃを表す信号が供給されるとともに、ブレーキ踏力センサ４８からブレーキペダルの踏力（ブレーキ踏力）Ｂｒｋを表す信号が供給される。また、エンジン回転速度センサ５０、ＭＧ回転速度センサ５２、タービン回転速度センサ５４、車速センサ５６から、それぞれエンジン１２の回転速度（エンジン回転速度）ＮＥ、モータジェネレータＭＧの回転速度（ＭＧ回転速度）ＮＭＧ、タービン軸１６の回転速度（タービン回転速度）ＮＴ、出力軸２２の回転速度（出力軸回転速度で車速Ｖに対応）ＮＯＵＴを表す信号が供給される。この他、各種の制御に必要な種々の情報が供給されるようになっている。

電子制御装置７０にはまた、トーイングスイッチ５８が接続されている。トーイングスイッチ５８は、牽引車両を牽引して走行するトーイング走行モードを運転者が選択するスイッチで、そのトーイング走行モードの選択を意味するトーイング選択信号Ｔｏｗが供給される。トーイングスイッチ５８の代わりに、或いは加えて牽引車両の有無を検出するトーイング検出スイッチを設け、それ等の何れか一方の信号または両方の信号でトーイング走行モードを判定するようにしても良い。また、例えば牽引車両無しの非トーイング走行中の場合のアクセル操作量Ａｃｃやスロットル弁開度等をパラメータとして予め定められた基準加速度に対して、実際の車両の加速度が所定値以上小さい場合にトーイング走行モードと判定することもできる。

電子制御装置７０は、機能的にハイブリッド制御手段７２、変速制御手段７４、トーイング走行制御手段７６、およびエンジン始動制御手段８０を備えている。ハイブリッド制御手段７２は、エンジン１２およびモータジェネレータＭＧの作動を制御することにより、エンジン１２を動力源として用いて走行するエンジン走行モードや、モータジェネレータＭＧのみを動力源として用いて走行するモータ走行モード等の複数の走行モードを、アクセル操作量Ａｃｃや車速Ｖ等の運転状態に応じて切り換えて走行する。例えば、アクセル操作量Ａｃｃが小さいとともに低車速の低負荷領域（例えば図３に二点鎖線で示す領域）ではモータ走行モードで走行し、その低負荷領域を超えたらエンジン走行モードで走行する。図３の二点鎖線は、運転状態に応じて走行モードを切り換える切換マップの一例でであり、低負荷領域はモータ走行領域で、低負荷領域を越えた領域はエンジン走行領域である。アクセル操作量Ａｃｃは運転者の要求駆動力に相当する。

図２は、エンジン走行モードおよびモータ走行モードの各部の作動状態を説明する図で、エンジン走行モードでは、Ｋ０クラッチ３４が締結されてエンジン１２が駆動力伝達経路に接続されるとともに、ロックアップクラッチ３０は、アクセル操作量Ａｃｃや車速Ｖ等の運転状態をパラメータとして予め定められた切換マップに従って締結、解放される。また、モータジェネレータＭＧは、基本的にはモータトルク＝０のフリー（自由回転）状態で、必要に応じて力行制御されて駆動力をアシストする。モータ走行モードでは、Ｋ０クラッチ３４が解放されてエンジン１２が動力伝達経路から遮断されるとともに、ロックアップクラッチ３０は締結状態に維持される。なお、停車時には、モータジェネレータＭＧが所定の回転速度で作動させられ、トルクコンバータ１４を介して所定のクリープトルクが発生させられるとともに、機械式オイルポンプ３２により所定の油圧が出力され、自動変速機２０等の所定の油圧式摩擦係合装置が係合状態に維持される。

変速制御手段７４は、油圧制御装置２８に設けられた電磁式の油圧制御弁や切換弁等を制御して自動変速機２０の複数の油圧式摩擦係合装置（クラッチやブレーキ）の係合解放状態を切り換えることにより、自動変速機２０の複数のギヤ段を、アクセル操作量Ａｃｃや車速Ｖ等の運転状態をパラメータとして予め定められた変速マップ（切換条件）に従って切り換える。図３は、車速Ｖおよびアクセル操作量Ａｃｃをパラメータとして予め記憶された変速マップの一例で、第１速ギヤ段「１」〜第５速ギヤ段「５」の前進５速を備えている場合であり、車速Ｖが低くなったりアクセル操作量Ａｃｃが大きくなったりするに従って変速比が大きい低速側のギヤ段を成立させるように定められている。図３の実線はアップ変速線で、破線はダウン変速線であり、所定のヒステリシスが設けられている。変速制御手段７４はまた、手動変速モードが選択された場合に、運転者の手動操作による変速要求に従ってギヤ段を切り換える。

トーイング走行制御手段７６は、トーイングスイッチ５８によりトーイング走行モードが選択された場合のそのトーイング走行モードに関するもので、例えば登降坂路などで前記図３の変速マップの変速線を図に示すノーマル状態よりも高車速側へ変更するなどして、アップシフトし難くダウンシフトし易くなるようにし、大きな駆動力が速やかに得られる低速側のギヤ段が多用されるようにする。また、図４に示すスロットル弁開度の制御特性を、図に示すノーマル状態よりも高スロットル弁開度側へ変更し、同じアクセル操作量Ａｃｃでも大きな出力が得られるようにする。

トーイング走行制御手段７６はまた、モータ走行領域拡大手段７８を機能的に備えており、モータ走行モードが選択される図３の低負荷領域を二点鎖線で示すノーマル状態よりも高車速側および高アクセル操作量側へ拡大する。これにより、トーイング走行モードにおいても、比較的低負荷の走行時にはモータ走行モードで走行する頻度が高くなり、燃費の向上に寄与する。

エンジン始動制御手段８０は、例えば前記モータ走行モードからエンジン走行モードへ切り換えるためにハイブリッド制御手段７２からエンジン始動指令が出力された場合に、Ｋ０クラッチ３４を締結してエンジン１２をクランキングするとともに、燃料噴射および点火等の始動制御を行ってエンジン１２を始動する。エンジン始動制御手段８０は機能的に車両重量判定手段８２および補償トルク制御手段８４を備えており、図５のフローチャートに従って信号処理を実行することにより、エンジン１２をクランキングする際の始動トルク（負荷）を車両重量に応じてモータジェネレータＭＧにより補償する。図５のステップＳ２は車両重量判定手段８２に相当し、ステップＳ３およびＳ４は補償トルク制御手段８４に相当する。

図５のフローチャートは、例えばモータ走行モードでの走行中に実行され、ステップＳ１では、前記ハイブリッド制御手段７２からエンジン始動指令が出力されたか否かを判断する。エンジン始動指令が出力されない場合はそのまま終了するが、エンジン始動指令が出力されたらステップＳ２を実行する。ステップＳ２では、前記トーイング走行制御手段７６によるトーイング走行中か否か、すなわちトーイングスイッチ５８によりトーイング走行モードが選択されているか否かを判断する。本実施例ではトーイング走行中の場合に車両重量が増加していると判断するのである。

そして、上記ステップＳ２の判断がＹＥＳ（肯定）の場合、すなわちトーイング走行中で車両重量が増加していると判断した場合はステップＳ３を実行する。このステップＳ３では、トーイング走行中のエンジン始動制御を実行し、Ｋ０クラッチ３４を締結してエンジン１２をクランキングするとともに、燃料噴射および点火等の始動制御を行ってエンジン１２を始動する一方、エンジン始動トルクによるショックを抑制するために通常よりも小さな補償トルクだけモータジェネレータＭＧのトルクを増大させる。すなわち、車両重量が大きいトーイング走行中は、車両のイナーシャが大きく、始動トルクによる駆動力変動が相対的に小さくなってその駆動力変動によるショックが軽減されるため、モータジェネレータＭＧによる補償トルクを小さくしてもショックが大きく悪化する恐れはないのである。また、車両重量が大きいトーイング走行中は、一般に大きな駆動力が必要でモータジェネレータＭＧの使用頻度が多くなるが、エンジン始動時の補償トルクが低減されることにより、その分だけモータジェネレータＭＧの負荷が軽減されて過熱等が抑制される。これにより、トーイング走行中においてもモータ走行モードで走行することが可能となり、燃費を向上させることができる。この場合の補償トルクは、例えば非トーイング走行時の通常の補償トルクの５０％程度以下の一定の値が設定される。上記補償トルクは、エンジン１２のクランキング時に駆動力変動を抑制するために増加させるモータジェネレータＭＧのトルク増加量である。

一方、ステップＳ２の判断がＮＯ（否定）の場合、すなわちトーイング走行中でなく車両重量が比較的小さい通常の走行時にはステップＳ４を実行する。このステップＳ４では、通常のエンジン始動制御を実行し、Ｋ０クラッチ３４を締結してエンジン１２をクランキングするとともに、燃料噴射および点火等の始動制御を行ってエンジン１２を始動する一方、エンジン始動トルクによるショックを抑制するために、その始動トルクに相当する補償トルクだけモータジェネレータＭＧのトルクを増大させる。すなわち、車両重量が比較的小さい非トーイング走行中は、車両のイナーシャが小さく、始動トルクによる駆動力変動が相対的に大きくなってその駆動力変動によるショックが大きくなるため、モータジェネレータＭＧによる補償トルクを始動トルクに対応する比較的大きな値とすることにより、始動トルクによるショックをモータジェネレータＭＧによる補償トルクで適切に抑制するのである。

このように、本実施例のハイブリッド車両１０のエンジン始動制御手段８０においては、車両重量が増加しているトーイング走行中か否かを判断し、トーイング走行中の場合は非トーイング走行時に比較してモータジェネレータＭＧによる補償トルクを小さくするため、その分だけモータジェネレータＭＧのトルクが低減されて燃費が向上する。また、車両重量が大きいトーイング走行中は、一般に大きな駆動力が必要でモータジェネレータＭＧの使用頻度が多くなるが、エンジン始動時の補償トルクが低減されることにより、その分だけモータジェネレータＭＧの負荷が軽減されて過熱等が抑制される。

一方、車両重量が比較的小さい非トーイング走行中すなわち通常の走行時には、車両のイナシーャが比較的小さいため、エンジン始動トルクによる駆動力変動が相対的に大きくなり、引込み感等のショックが大きくなるが、モータジェネレータＭＧによる補償トルクが始動トルクに対応して大きくされるため、そのショックが適切に抑制される。

すなわち、本実施例では車両重量に応じてエンジン始動時のモータジェネレータＭＧによる補償トルクが変更されるため、始動トルクによるショックを適切に抑制しつつ燃費を向上させることができるとともに、モータジェネレータＭＧの負荷が軽減されて過熱などが抑制される。

また、車両重量が大きいトーイング走行中は、モータ走行領域が拡大されてモータジェネレータＭＧのみを駆動力源として走行する頻度が高くなるため、燃費を一層向上させることができる。これは、トーイング走行時にエンジン１２をクランキングする際のモータジェネレータＭＧの補償トルクが低減され、モータジェネレータＭＧの負荷が軽減されることから実現できる技術である。

以上、本発明の実施例を図面に基づいて詳細に説明したが、これ等はあくまでも一実施形態であり、本発明は当業者の知識に基づいて種々の変更、改良を加えた態様で実施することができる。

１０：ハイブリッド車両 １２：エンジン ３４：Ｋ０クラッチ（断接装置） ５８：トーイングスイッチ ７０：電子制御装置 ７６：トーイング走行制御手段 ７８：モータ走行領域拡大手段 ８０：エンジン始動制御手段 ８２：車両重量判定手段 ８４：補償トルク制御手段 ＭＧ：モータジェネレータ（電動モータ） Ａｃｃ：アクセル操作量（要求駆動力）

Claims (3)

1. 電動モータと、
   動力伝達を接続、遮断する断接装置を介して駆動力伝達経路に接続されるエンジンと、
   を備え、前記電動モータにより走行している際に前記断接装置を接続することにより前記エンジンをクランキングし、該エンジンのクランキング時に前記電動モータのトルクを増加させるハイブリッド車両のエンジン始動制御装置において、
   車両重量を判断し、該車両重量が大きい場合は該車両重量が小さい場合よりも前記エンジンのクランキング時に増加させる前記電動モータのトルク増加量が小さくされる
   ことを特徴とするハイブリッド車両のエンジン始動制御装置。
2. 運転者の要求駆動力に基づいて前記電動モータのみによる走行と前記エンジンを用いる走行とが切り換えられるとともに、
   前記車両重量が大きい場合は該車両重量が小さい場合よりも前記電動モータのみによって走行する要求駆動力の範囲が大きくされる
   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エンジン始動制御装置。
3. 前記車両重量が大きい場合とはトーイング走行時である
   ことを特徴とする請求項１または２に記載のハイブリッド車両のエンジン始動制御装置。

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