JP5807907B2 - ハイブリッド車両の制御装置 - Google Patents

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、変速機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走行車両において、例えば旋回時などにおける車両姿勢を安定化するために、車両姿勢安定制御が実施されることがある。車両姿勢安定制御は、いわゆる横滑り防止制御とも称されており、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ものである。

近年のハイブリッド車両の普及に伴い、ハイブリッド車両においてもこの種の車両姿勢安定制御の導入が試みられている。しかしながら、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しているため、車両姿勢安定制御を実施するためには、エンジンとモータとを協調制御する必要があり、従来の車両に比べて制御が複雑化しやすいことが課題となっている。つまり、ハイブリッド車両で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点が課題となっている。

このような課題に対して、特許文献１では車両姿勢安定制御を実施する際に、制御性のよいモータの出力トルクをゼロに制限することによりエンジンからの出力のみを制御することによって、車両姿勢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使用されていた制御ロジックを流用することが可能となり、車両姿勢安定制御の導入が容易となるとされている。

特開２００７−３３１５４０号公報

走行中の車両挙動の安定化制御として、上述の車両姿勢安定制御の他に、加減速時に駆動輪がスリップ状態に陥った場合に、走行用動力源から所定トルクを出力することにより、駆動輪のロックを防止して車両挙動の回復を図るスリップ率制御がある。スリップ率制御をハイブリッド車両にて実施する場合、動力源であるエンジンとモータのうち、制御性に優れたモータの出力トルクを制御することによって行うことが好ましいとされている。

しかしながら、車両姿勢安定制御とスリップ率制御は車両挙動をより安定化するために併用して用いられることがあるが、特許文献１のように車両姿勢安定制御の制御ロジックを簡素化するためにモータからの出力トルクをゼロに設定してしまうと、モータの出力トルク制御によって実施されるスリップ率制御が実施不能になるというジレンマが生じる。そのため、従来の制御ロジックをそのままハイブリッド車両に適用して車両姿勢安定制御とスリップ率制御とを両立させようとすると、複雑な制御ロジックの導入が不可避となってしまうという問題点がある。

本発明は上記問題点に鑑みなされたものであり、エンジンとモータを走行用動力源として有するハイブリッド車両において、簡素的な制御ロジックを用いて車両姿勢安定制御とスリップ率制御とを両立させることにより車両挙動を効果的に安定化でき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。

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間にクラッチが設けられ、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駆動輪に伝達して走行するハイブリッド車両の制御装置であって、車両姿勢が不安定な状態にあると判定されたときに、車両姿勢を安定化するために前記モータの最大出力トルクが予め設定された第１のモータトルク以下になるように制限しながら前記エンジンの出力トルクのみを制御する車両姿勢安定制御を実施する車両姿勢安定制御手段と、前記駆動輪のスリップ率が予め定められた所定値以上になった場合に、前記駆動輪のスリップ率が目標スリップ率となるように前記モータに駆動トルク又は回生トルクを付与して、前記駆動輪のスリップ状態を抑制するスリップ率制御を実施するスリップ率制御手段と、前記車両姿勢安定制御の実施中に更に前記スリップ率制御が実施された場合に、該スリップ率制御手段は、前記モータの前記最大出力トルクを第１のモータトルクより大きく設定された第２のモータトルクに緩和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、車両姿勢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姿勢安定制御が可能となり、エンジンとモータの協調制御を簡素化して簡素な制御ロジックで車両姿勢安定制御を実施可能とすることができる。そして、車両姿勢安定制御の実施中に駆動輪のスリップ率が所定値以上になってスリップ率制御の実施が必要になった場合に限って、スリップ率制御で必要なモータトルクを出力可能になるように、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、車両姿勢安定制御時においてもスリップ率制御を簡素的な制御ロジックで実施できる。このように本発明では、簡素的な制御ロジックを用いて車両姿勢安定制御とスリップ率制御とを両立させることにより車両挙動を効果的に安定化できる。

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、車両姿勢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、車両姿勢安定制御をより簡素化することができる。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ことで、容易に車両姿勢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第１のモータトルクより大きく設定されているとよい。これによれば、車両姿勢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姿勢安定制御の簡素化を図る一方で、スリップ率制御を実施する必要が生じた場合に当該スリップ率制御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、車両姿勢安定制御の実施中においても適切にスリップ率制御を実施することができる。

本発明によれば、車両姿勢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姿勢安定制御が可能となり、エンジンとモータの協調制御を簡素化して簡素な制御ロジックで車両姿勢安定制御を実施可能とすることができる。そして、車両姿勢安定制御の実施中に駆動輪のスリップ率が所定値以上になってスリップ率制御の実施が必要になった場合に限って、スリップ率制御で必要なモータトルクを出力可能になるように、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、車両姿勢安定制御時においてもスリップ率制御を簡素的な制御ロジックで実施できる。このように本発明では、簡素的な制御ロジックを用いて車両姿勢安定制御とスリップ率制御とを両立させることにより車両挙動を効果的に安定化できる。

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。 スリップ率制御における駆動輪のスリップ率とモータの出力トルクの推移を示すグラフ図である。

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は複数のクラッチを有しており、これら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の双方から出力された動力をプロペラシャフト５側に伝達するように構成されている。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は接続状態にあり、且つ、第２のクラッチ１１ｂは切断状態にある。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でき、トルク抜けなどのエネルギーロスを減少できる。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には後述するＥＣＵ１４による各種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センサ類が設けられている。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いる。本実施例では特に、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車両姿勢安定制御やスリップ率制御によって車両挙動の安定化が図られている。

ブレーキペダル１５とアクセルペダル１６は踏み込み具合を検出することによって、ドライバーの意思に応じてエンジン２やモータ３の動力、及び、モータ３や機械ブレーキの制動力を制御するために用いられる。

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（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。

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「モータトルク制御手段」の一例として機能する。

まずＥＣＵ１４は、車両の走行中に車両姿勢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）。車両姿勢安定制御は、例えば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ものであり、ハイブリッド車両１に設けられた車輪速度センサ、ヨーレートセンサ、ステアリングセンサ、横加速度センサ、車速センサ等の各種センサ類から取得したパラメータに基づいて実施される。尚、車両姿勢安定制御の詳細な制御内容については、公知のためここでは詳細な説明は省略することとする。

車両姿勢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）。このように車両姿勢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を主体として車両姿勢安定制御を実施可能とすることができ、モータ３との協調制御を簡素化して車両姿勢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、車両姿勢安定制御が実施された際にはモータ３からの出力トルクをゼロに制限することで、エンジン２からの出力のみを制御することにより、車両姿勢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２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できるので、容易に車両姿勢安定制御を実施できる。

尚、車両姿勢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は車両姿勢安定制御の作動中にスリップ率制御が作動中であるか否かを判定する（ステップＳ１０３）。ここで、図４はスリップ率制御における駆動輪８のスリップ率とモータ３の出力トルクの推移を示すグラフ図である。図４（ａ）に示すスリップ率Ｓは、各駆動輪８に設置された車輪速度センサによって検出された車輪速度をＥＣＵ１４にて換算することによって求めた値を使用している。図４（ｂ）に示すモータ出力トルク（第２のモータトルクＴ２）はＥＣＵ１４によって制御された出力値である。

まず、ハイブリッド車両１はドライバーがアクセルペダル１６を一定量で踏み込んでいる状態からアクセルペダル１６を離して減速を開始した際に、時刻ｔ０で路面が低μ路に差しかかることにより、スリップ率Ｓが上昇した状況を想定する。スリップ率Ｓが時刻ｔ０からｔ１にかけて上昇し、時刻ｔ１で所定閾値Ｓ１を超えることによりハイブリッド車両１がスリップ状態に陥ると、スリップ率制御が作動する。このとき、ハイブリッド車両１の駆動輪８がロック傾向を示すので、該ロック傾向を緩和するように、ＥＣＵ１４はモータ３を力行駆動に切替又は回生駆動を減少させる。これによりスリップ率Ｓが減少し、時刻ｔ２にて所定閾値Ｓ１を下回ると、再びモータ３の駆動制御を通常の回生駆動に戻す。時刻ｔ２以降においても、時刻ｔ３〜ｔ４、ｔ５〜６においてスリップ率Ｓが所定閾値Ｓ１より大きくなることによりスリップ状態に陥っているので、上記と同様にモータ３の出力トルクをＥＣＵ１４によって制御することにより、車両挙動の回復が図られている。

車両姿勢安定制御の作動中にスリップ率制御が作動中である場合（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、スリップ率制御を実施可能にするため、図４（ｂ）に示す第２のモータトルクＴ２に変更する（ステップＳ１０４）。このようにスリップ率制御が作動中である場合に限って、スリップ率制御に必要な第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、車両姿勢安定制御の実施時においてもスリップ率制御を実施することができる。これにより、車両姿勢安定制御の簡素化を図りつつ、スリップ率制御と両立させて実施可能とすることができ、車両挙動を効果的に安定化できる。

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いる。これにより、車両姿勢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３からの出力トルクの影響を排除して車両姿勢安定制御の簡素化を図る一方で、スリップ率制御が作動中であった場合に当該スリップ率制御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、車両姿勢安定制御の作動中においても適切にスリップ率制御を実施することができる。そのため、この第２のモータトルクＴ２は、駆動輪８のスリップ率を目標スリップ率に制御することによって駆動輪８をスリップ状態から回復させるために、モータ８から出力されるべき駆動トルク又は回生トルクとして設定されているとよい。

尚、車両姿勢安定制御の作動中にスリップ率制御が作動中でない場合（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、車両姿勢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１においてもエンジン２を主体とした車両姿勢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姿勢安定制御の複雑化を回避することができる。そして、駆動輪８のスリップ率が所定値以上となることによりスリップ率制御を実施する必要が生じた場合に限って、スリップ率制御において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、車両姿勢安定制御時においてもスリップ率制御を実施可能とすることができる。これにより、車両姿勢安定制御の簡素化を図りつつ、車両姿勢安定制御とスリップ率制御を両立させて実施可能とすることにより、車両挙動を効果的に安定化することができる。

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変速機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。

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
１４ ＥＣＵ（車両挙動安定制御手段、スリップ率検出手段、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 (2)

1. エンジン及びモータ間にクラッチが設けられ、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駆動輪に伝達して走行するハイブリッド車両の制御装置であって、
   車両姿勢が不安定な状態にあると判定されたときに、車両姿勢を安定化するために前記モータの最大出力トルクが予め設定された第１のモータトルク以下になるように制限しながら前記エンジンの出力トルクのみを制御する車両姿勢安定制御を実施する車両姿勢安定制御手段と、
   前記駆動輪のスリップ率が予め定められた所定値以上になった場合に、前記駆動輪のスリップ率が目標スリップ率となるように前記モータに駆動トルク又は回生トルクを付与して、前記駆動輪のスリップ状態を抑制するスリップ率制御を実施するスリップ率制御手段と、
   前記車両姿勢安定制御の実施中に更に前記スリップ率制御が実施された場合に、該スリップ率制御手段は、前記モータの前記最大出力トルクを第１のモータトルクより大きく設定された第２のモータトルクに緩和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。
2. 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。

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