JP6238508B2 - ハイブリッド電気自動車の制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、走行用の駆動源としてエンジンと電動機とを備えるハイブリッド電気自動車の制御装置に係り、詳しくは車両の発進時の走行制御に関する。

近年、燃費や排ガス性能の向上等を目的に、走行用の駆動源としてエンジンと電動機とを備えるハイブリッド電気自動車が開発されている。
ハイブリッド電気自動車において、車両停止状態からアクセルの踏み込みなしで車両に駆動力を与える、いわゆるクリープ走行可能な車両がある。本来クリープ走行は、エンジンと駆動輪との間にトルクコンバータ等を設けた場合に生じるものであり、ハイブリッド電気自動車においては、このクリープ走行を電動機の駆動力により擬似的に行っている（特許文献１参照）。

特開２００１−３１０６５４号公報

上記特許文献１のように、電動機の駆動力を用いてクリープ走行を行うハイブリッド電気自動車であっても、当該電動機に電力を供給するバッテリの蓄電量（以下ＳＯＣ：State Of Chargeという）が低い場合等で電動機の使用が困難である場合は、エンジンを用いてのクリープ走行を行う。
しかしながら、ハイブリッド電気自動車では、燃費改善のため電動機を使用する走行が優先される場合が多く、エンジンによるクリープ走行中にアクセルの踏み込みが行われ要求トルクに応じた通常の走行制御に切り替わることで、ＳＯＣが低いにもかかわらず電動機を使用する走行モードに移行してしまうという問題があった。

その後、通常の走行制御において低ＳＯＣ等を要因としてエンジン走行に切り替わるとしても、一時的に電動機による走行が行われることでＳＯＣがさらに消費されたり、駆動源の切替が頻繁に行われることでドライバビリティを低下させるおそれがある。
本発明はこのような問題を解決するためになされたもので、その目的とするところは、電動機の使用が困難である状態でのクリープ走行から通常の走行への移行の際におけるさらなるＳＯＣの低下を防止するとともに、ドライバビリティの低下を抑制することのできるハイブリッド電気自動車の制御装置を提供することにある。

上記した目的を達成するために、請求項１のハイブリッド電気自動車の制御装置では、走行用の駆動源としてエンジン及び電動機を備えたハイブリッド電気自動車の制御装置であって、前記エンジン及び前記電動機との間に設けられ、当該エンジンから当該電動機を介して駆動輪へと伝達される当該エンジンの駆動力の接続及び遮断を行うクラッチと、前記電動機を車両発進時の駆動源として使用可能であるか否かを判定する電動機使用判定手段と、クリープ走行の開始前に前記電動機使用判定手段により前記電動機の使用が可能であると判定された場合は、アクセルの踏み込みがない状態で前記電動機を用いてのクリープ走行を行う一方、クリープ走行の開始前に前記電動機使用判定手段により前記電動機の使用が可能でないと判定された場合は、アクセルの踏み込みがない状態では前記クラッチを半クラッチ状態としてエンジンのみを常に用いてのクリープ走行を行い、アクセルが踏み込まれると前記クラッチを接続して当該エンジンを用いた走行を行うよう制御する発進制御手段と、を備え、前記電動機使用判定手段は、少なくとも前記電動機に電力を供給するバッテリの蓄電量が所定の蓄電量より小である場合は、電動機使用判定手段により前記電動機の使用が可能でないと判定することを特徴としている。

上記手段を用いる本発明の請求項１のハイブリッド電気自動車の制御装置によれば、電動機の使用が可能である場合は電動機によるクリープ走行を行い、電動機の使用が可能でない場合は、半クラッチ状態としてエンジンを用いてのクリープ走行を行い且つアクセルの踏み込まれた際にはクラッチを接続してエンジンを用いた走行を維持する。

これにより、電動機の使用が困難である場合に、電動機による走行に移行することなく、エンジンによるクリープ走行から通常の走行へと円滑に移行することができる。従って、クリープ走行から通常の走行への移行の際におけるさらなるＳＯＣの低下を防止するとともに、ドライバビリティの低下を抑制することができる。

さらに、電動機が走行用の駆動源として使用可能であるか否かの判定において、少なくともバッテリの蓄電量（ＳＯＣ）を条件とし、当該ＳＯＣが所定のＳＯＣより小である場合は、電動機の使用が可能でないと判定することとする。
これにより、クリープ走行から通常の走行への移行の際におけるさらなるＳＯＣの低下を確実に防止することができる。

本発明の一実施形態におけるハイブリッド電気自動車の制御装置の概略構成図である。 本発明の一実施形態に係るハイブリッド電気自動車の制御装置のＥＣＵが実行する車両発進時の走行制御ルーチンを示すフローチャートである。

以下、本発明の一実施形態を図面に基づき説明する。
図１は本発明の一実施形態におけるハイブリッド電気自動車の制御装置の概略構成を示したブロック図であり、同図に基づき説明する。
図１に示す車両１は、駆動源としてエンジン２及びモータ４（電動機）を備えるハイブリッド電気自動車である。

エンジン２は、例えばディーゼルエンジンやガソリンエンジン等の一般的に自動車に用いられる原動機であり、ここでは特にその種類を問わない。
エンジン２とモータ４との間にはクラッチ６が設けられており、当該クラッチ６の入力軸（入力側）にはエンジン２の出力軸が、当該クラッチ６の出力軸（出力側）にはモータ４の回転軸がそれぞれ連結されている。

モータ４は発電も可能な例えば永久磁石式同期電動機であり、モータ４の回転軸は変速機８の入力軸と連結されている。変速機８は複数のギヤを備えており、選択された変速段に応じたギヤを介することで入力された駆動力を変速して、当該変速機８の出力軸に伝達する。そして、変速機８の出力軸からプロペラシャフト１０、差動装置１２、及び駆動軸１４を介して左右の駆動輪１６へと駆動力が伝達されるよう構成されている。

また、モータ４は、車両１に搭載されたバッテリ１８とインバータ２０を介して接続されており、当該バッテリ１８からの電力供給を受けてトルクを発生させる。バッテリ１８は例えばリチウムイオン、ニッケル水素等の二次電池であり、インバータ２０がバッテリ１８からの直流電力を交流電力に変換してモータ４に電力を供給する。一方、車両減速時等には、モータ４が発電機（ジェネレータ）として機能し、回生駆動する。つまり、駆動輪１６から逆に伝達される駆動力によりモータ４が交流電力を発電するとともに、このときモータ６が発生する回生トルクが駆動輪１６に対する制動トルクとして作用し、いわゆる回生ブレーキとして機能する。そして、この交流電力は、インバータ２０によって直流電力に変換された後、バッテリ１８に充電されることで、駆動輪１６の回転による運動エネルギが電気エネルギとして回収される。

当該構成の車両１は、クラッチ６が遮断状態にあるときには、モータ４の回転軸のみが変速機８を介して駆動輪１６と機械的に接続されることになる。つまり、モータ４により発生するトルク（以下、モータトルクという）のみが車両１の駆動トルク又は制動トルクとして駆動輪１６に伝達される。
一方、クラッチ６が接続状態にあるときには、エンジン２の出力軸がモータ４の回転軸を介して変速機８、駆動輪１６等と機械的に接続されることとなる。つまり、このときモータトルクを０として、エンジン２のみを作動した場合にはエンジン２により発生するトルク（以下、エンジントルクという）のみが車両１の駆動トルク又は制動トルクとなる。また、このときモータ４も作動させればモータトルクとエンジントルクとの和が車両１の駆動トルク又は制動トルクとなる。

車両１には、このようなモータトルク及びエンジントルクの配分の調整等をすべく、エンジン２、モータ４、クラッチ６、及び変速機８を統合的に制御するＥＣＵ（電子コントロールユニット）２２が搭載されている。
ＥＣＵ２２には、エンジン２、電動機４、クラッチ６、変速機８それぞれの制御ユニット（図示せず）とＣＡＮ（Controller Area Network）等を用いて通信可能に接続されている。例えば、ＥＣＵ２２は、エンジン２からエンジン回転数情報、モータ４からモータ回転数情報、モータトルク情報及びモータ４の温度情報、変速機８から現在選択されている変速段情報、バッテリ１８からＳＯＣ情報及びバッテリ１８の温度情報、インバータ２０から当該インバータ２０の温度情報等の各種情報を取得する。

また、車両１には、アクセル踏込量を検出するアクセルセンサ２４が設けられており、当該アクセルセンサ２４もＥＣＵ２２に情報伝達可能に接続されている。
このように構成されたＥＣＵ２２は、バッテリ１８のＳＯＣや車両１の運転状態を監視し、燃費や排ガス性能の最適化を図りつつ、運転者の運転要求に応じた運転を行うべくエンジン２、電動機４、クラッチ６、変速機８等を制御する。

例えば、ＥＣＵ２２は、モータ４を走行用の駆動源として使用可能であるかを判定した上で（電動機使用判定手段）、当該判定に応じた駆動源を用いて車両停車状態からアクセルの踏み込みがない場合にも駆動力を発生させるクリープ走行制御を行い、アクセルが踏み込まれたときには要求トルクに応じた通常の走行制御へと移行させる（発進制御手段）。

以下、当該ＥＣＵ２２が行う車両発進時の走行制御について詳しく説明する。
ここで図２を参照すると、当該ＥＣＵ２２が実行する車両発進時の走行制御ルーチンを示すフローチャートが示されており、以下同フローチャートに沿って説明する。なお、当該制御は、例えば車両１が停車した状態から実行される。
まずステップＳ１として、ＥＣＵ２２は、モータトルクによるクリープ走行（以下、モータクリープ走行という）を行う条件を満たしているか否かを判別する。当該モータクリープ走行条件は、モータ４を走行用の駆動源として使用可能な条件であり、具体的にはバッテリ１８のＳＯＣがモータクリープ走行に最低限必要な所定ＳＯＣ以上であり、モータ４、バッテリ１８及びインバータ２０のそれぞれの温度状態が正常な範囲にある場合に当該モータクリープ走行条件を満たしているとする。当該判別結果が真（Ｙｅｓ）である場合は、ステップＳ２に進む。

ステップＳ２において、ＥＣＵ２２は、モータクリープ走行を実行する。当該モータクリープ走行は、クラッチ６を遮断状態とし、予め定められたクリープトルクをモータ４により発生させることで行う。例えば当該クリープトルクは登坂路での車両発進時においても車両１が後退しない程度の駆動トルクに設定されている。また、当該クリープトルクは、変速機８において選択されている変速段に応じて変えても構わない。

続くステップＳ３においてＥＣＵ２２は、アクセルセンサ２４からのアクセル開度情報に基づきアクセルの踏み込み（アクセルＯＮ）があるか否かを判別する。当該判別結果が偽（Ｎｏ）である場合、即ちアクセルの踏み込みがない間は、上記ステップＳ２に戻り、モータクリープ走行を維持する。一方、当該判別結果が真（Ｙｅｓ）である場合、即ちアクセルの踏み込みが行われた場合には、ステップＳ４に進む。

ステップＳ４においてＥＣＵ２２は、アクセルセンサ２４からのアクセル開度情報及び車両１の速度等に基づき車両１に要求されているトルク（以下、要求トルクという）を算出し、当該要求トルクが予め定めた所定トルクより大であるか否かを判別する。当該所定トルクは、例えばモータ４が通常走行で使用可能な最大トルクに相当するものとする。当該判別結果が偽（Ｎｏ）である場合、即ち要求トルクをモータトルクのみで達成できる場合には、ステップＳ５に進む。

ステップＳ５において、ＥＣＵ２２は、クラッチを遮断したまま、モータ４のみを駆動源とした走行モード（以下、モータ走行モードという）に移行させ、モータトルクのみにより要求トルクを達成するよう制御する。
一方、上記ステップＳ４の判別結果が真（Ｙｅｓ）である場合、即ち要求トルクをモータトルクのみで達成できない場合には、ステップＳ６に進む。

ステップＳ６において、ＥＣＵ２２は、クラッチ６を接続させ、モータ４及びエンジン２を駆動源とした走行モード（以下、ハイブリッド走行モードという）に移行させ、モータトルク及びエンジントルクにより要求トルクを達成するよう制御する。例えば、当該ハイブリッド走行モードでは、ＥＣＵ２２は、モータトルクを通常走行で使用可能な最大トルクとし、不足する分をエンジントルクにより付加することで、要求トルクを達成させる。

また、上記ステップＳ１において、バッテリ１８のＳＯＣが所定ＳＯＣより小、又は、モータ４、バッテリ１８、インバータ２０のいずれかの温度状態が正常な範囲外にある場合には、ＥＣＵ２２はモータクリープ走行条件を満たしていないとして、判別結果は偽（Ｎｏ）となり、ステップＳ７に進む。
ステップＳ７において、ＥＣＵ２２は、エンジントルクによるクリープ走行（以下、エンジンクリープ走行という）を実行する。当該エンジンクリープ走行は、クラッチ６を徐々に接続させていわゆる半クラッチ状態として、予め定められたクリープトルクをエンジン２により発生させることで行う。なお、当該クリープトルクはモータクリープ走行におけるクリープトルクと同じでよい。

次のステップＳ８において、ＥＣＵ２２は、上記ステップＳ３と同様にアクセルの踏み込みがあるか否かを判別する。当該判別結果が偽（Ｎｏ）である場合、即ちアクセルの踏み込みがない間は、上記ステップＳ７に戻り、エンジンクリープ走行を維持する。一方、当該判別結果が真（Ｙｅｓ）である場合には、ステップＳ９進む。

ステップＳ９において、ＥＣＵ２２は、半クラッチ状態にあるクラッチ６を完全に接続させ、エンジン２のみを駆動源とした走行モード（以下、エンジン走行モードという）に移行させ、エンジントルクのみにより要求トルクを達成するよう制御する。
ＥＣＵ２２は、上記ステップＳ５、Ｓ６、Ｓ９において、各走行モードに移行した後、当該ルーチンを終了する。

以上のようにして、ＥＣＵ２２は、ＳＯＣ等の情報からモータ４の使用が可能である場合にはモータクリープ走行を行い、アクセル踏込後もモータ４を用いた走行を行うことでエンジン２の燃費向上を図る。
一方で、モータ４の使用が可能でない場合には、エンジンクリープ走行を行い、アクセル踏込後もモータ走行に移行させず、エンジン２を用いた走行を維持する。このモータ４が使用可能である否かを判定するためのモータクリープ走行条件には、バッテリ１８のＳＯＣが所定ＳＯＣより小である場合はモータ４の使用を行わないこととしていることから、クリープ走行から通常の走行への移行の際におけるさらなるＳＯＣの低下を確実に防止することができる。

以上のことから、モータ４の使用が困難である場合に、モータ４による走行に移行することなく、エンジン２によるクリープ走行から通常の走行へと円滑に移行することができる。従って、クリープ走行から通常の走行への移行の際におけるさらなるＳＯＣの低下を防止するとともに、ドライバビリティの低下を抑制させることができる。

以上で本発明に係るハイブリッド電気自動車の制御装置の実施形態についての説明を終えるが、実施形態は上記実施形態に限られるものではない。
上記実施形態では、エンジンクリープ走行からのアクセル踏込後にはエンジン走行モードに移行することとしているが、急加速等が要求された場合には、使用可能なＳＯＣの範囲内においてモータトルクも付加するハイブリッド走行モードに移行するとしても構わない。

１ 車両
２ エンジン
４ モータ（電動機）
６ クラッチ
８ 変速機
１６ 駆動輪
１８ バッテリ
２２ ＥＣＵ（電動機使用判定手段、発進制御手段）
２４ アクセルセンサ

Claims (1)

1. 走行用の駆動源としてエンジン及び電動機を備えたハイブリッド電気自動車の制御装置であって、
   前記エンジン及び前記電動機との間に設けられ、当該エンジンから当該電動機を介して駆動輪へと伝達される当該エンジンの駆動力の接続及び遮断を行うクラッチと、
   前記電動機を車両発進時の駆動源として使用可能であるか否かを判定する電動機使用判定手段と、
   クリープ走行の開始前に前記電動機使用判定手段により前記電動機の使用が可能であると判定された場合は、アクセルの踏み込みがない状態で前記電動機を用いてのクリープ走行を行う一方、クリープ走行の開始前に前記電動機使用判定手段により前記電動機の使用が可能でないと判定された場合は、アクセルの踏み込みがない状態では前記クラッチを半クラッチ状態としてエンジンのみを常に用いてのクリープ走行を行い、アクセルが踏み込まれると前記クラッチを接続して当該エンジンを用いた走行を行うよう制御する発進制御手段と、を備え、
   前記電動機使用判定手段は、少なくとも前記電動機に電力を供給するバッテリの蓄電量が所定の蓄電量より小である場合は、電動機使用判定手段により前記電動機の使用が可能でないと判定することを特徴とするハイブリッド電気自動車の制御装置。

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