ハイブリッド車の制御装置

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【発明の名称】	ハイブリッド車の制御装置
【発明者】	【氏名】出口欣高【氏名】大蔵一真【氏名】北島康彦【氏名】小宮山晋
【要約】	【課題】エンジンとモーターの機械出力をクラッチで切り換えるときのショックをなくす。【解決手段】内燃機関に機械的に連結された電動機Ａと、内燃機関に断続器を介して機械的に連結された電動機Ｂとを備え、電動機Ｂから変速機を介して駆動輪に動力を伝達するハイブリッド車において、車両の要求駆動力検出値と車速検出値とに基づいて断続器を解放するか否かを判定し、断続器の解放判定後の内燃機関の出力Ｆを推定する。そして、電動機Ａの出力が－Ｆとなるように電動機Ａを制御するとともに、電動機Ｂの出力がＦとなるように電動機Ｂを制御し、電動機Ａが出力－Ｆで運転し、且つ電動機Ｂが出力Ｆで運転しているときに断続器を解放する。これにより、断続器を解放して内燃機関によるエンジンブレーキから電動機Ｂによる回生ブレーキに切り換えたときのショックがなくなり、良好な運転性能を実現できる。

【特許請求の範囲】
【請求項１】内燃機関と、前記内燃機関に機械的に連結された電動機Ａと、前記内燃機関に断続器を介して機械的に連結された電動機Ｂとを備え、前記電動機Ｂから変速機を介して駆動輪に動力を伝達するハイブリッド車の制御装置であって、車両の要求駆動力を検出する手段と、車速を検出する手段と、前記要求駆動力検出値と前記車速検出値とに基づいて前記断続器を解放するか否かを判定する判定手段と、前記断続器の解放判定後の前記内燃機関の出力Ｆを推定する推定手段と、前記出力Ｆに相当するトルクを吸収するように前記電動機Ｂを制御し、前記出力Ｆに相当するトルクを発生して補正するように前記電動機Ａを制御する電動機制御手段と、前記電動機Ａ及び記電動機Ｂが前記電動機制御手段により制御されているときに前記断続器を解放する断続器制御手段と、を備えることを特長とするハイブリッド車両の制御装置。
【請求項２】請求項１に記載のハイブリッド車両の制御装置において、前記判定手段は、前記要求駆動力検出値が略０で且つ前記車速検出値が所定値以下の場合に前記断続器の解放を判定することを特徴とするハイブリッド車の制御装置。
【請求項３】請求項１または請求項２に記載のハイブリッド車の制御装置において、前記判定手段は、前記内燃機関の吸気圧力が所定値以下になってから判定を行うことを特徴とするハイブリッド車の制御装置。
【請求項４】請求項１または請求項２に記載のハイブリッド車の制御装置において、前記判定手段は、前記内燃機関の燃料カットが開始されてから判定を行うことを特徴とするハイブリッド車の制御装置。
【請求項５】請求項１または請求項２に記載のハイブリッド車の制御装置において、前記判定手段は、前記要求駆動力検出値が略０の状態が所定時間続いたら判定を行うことを特徴とするハイブリッド車の制御装置。
【請求項６】請求項１～５のいずれかの項に記載のハイブリッド車の制御装置において、前記推定手段は、前記内燃機関の回転速度、温度および燃料カットの有無に基づいて、予め測定されたフリクショントルクマップから表引き演算してフリクショントルクを求め、出力を推定することを特徴とするハイブリッド車の制御装置。
【請求項７】請求項６に記載のハイブリッド車の制御装置において、前記推定手段は、スロットルバルブ開度に応じて前記出力推定値を補正することを特徴とするハイブリッド車の制御装置。
【請求項８】請求項６に記載のハイブリッド車の制御装置において、前記推定手段は、ＥＧＲバルブ開度に応じて前記出力推定値を補正することを特徴とするハイブリッド車の制御装置。
【請求項９】請求項６に記載のハイブリッド車の制御装置において、前記推定手段は、前記内燃機関の吸気バルブおよび排気バルブの開閉タイミングに応じて前記出力推定値を補正することを特徴とするハイブリッド車の制御装置。

【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は内燃機関および／または電動機を車両の推進源とするハイブリッド車の制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術とその問題点】エンジンの機械出力および／またはモーターの機械出力を車両の推進力とするハイブリッド車が知られている。
【０００３】ところで、エンジンの機械出力とモーターの機械出力とをクラッチで切り換える場合に、両出力に差があると切り換え時にショックが発生し、乗り心地が悪くなるという問題がある。例えば、車両の減速時にエンジンのフリクショントルクによるブレーキから、モーターによる回生ブレーキに切り換える場合に、エンジンのブレーキ力とモーターのブレーキ力とに差があると、切り換え時にショックが発生する。
【０００４】本発明の目的は、エンジンとモーターの機械出力をクラッチで切り換えるときのショックをなくすことにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】（１）請求項１の発明は、内燃機関と、内燃機関に機械的に連結された電動機Ａと、内燃機関に断続器を介して機械的に連結された電動機Ｂとを備え、電動機Ｂから変速機を介して駆動輪に動力を伝達するハイブリッド車の制御装置であって、車両の要求駆動力を検出する手段と、車速を検出する手段と、要求駆動力検出値と車速検出値とに基づいて断続器を解放するか否かを判定する判定手段と、断続器の解放判定後の内燃機関の出力Ｆを推定する推定手段と、出力Ｆに相当するトルクを吸収するように電動機Ｂを制御し、出力Ｆに相当するトルクを発生して補正するように電動機Ａを制御する電動機制御手段と、電動機Ａ及び電動機Ｂが電動機制御手段により制御されているときに断続器を解放する断続器制御手段とを備える。
（２）請求項２のハイブリッド車両の制御装置は、判定手段によって、要求駆動力検出値が略０で且つ車速検出値が所定値以下の場合に断続器の解放を判定するようにしたものである。
（３）請求項３のハイブリッド車の制御装置は、判定手段によって、内燃機関の吸気圧力が所定値以下になってから判定を行うようにしたものである。
（４）請求項４のハイブリッド車の制御装置は、判定手段によって、内燃機関の燃料カットが開始されてから判定を行うようにしたものである。
（５）請求項５のハイブリッド車の制御装置は、判定手段によって、要求駆動力検出値が略０の状態が所定時間続いたら判定を行うようにしたものである。
（６）請求項６のハイブリッド車の制御装置は、推定手段によって、内燃機関の回転速度、温度および燃料カットの有無に基づいて、予め測定されたフリクショントルクマップから表引き演算してフリクショントルクを求め、出力を推定するようにしたものである。
（７）請求項７のハイブリッド車の制御装置は、推定手段によって、スロットルバルブ開度に応じて出力推定値を補正するようにしたものである。
（８）請求項８のハイブリッド車の制御装置は、推定手段によって、ＥＧＲバルブ開度に応じて出力推定値を補正するようにしたものである。
（９）請求項９のハイブリッド車の制御装置は、推定手段によって、内燃機関の吸気バルブおよび排気バルブの開閉タイミングに応じて出力推定値を補正するようにしたものである。
【０００６】
【発明の効果】（１）請求項１の発明によれば、内燃機関に機械的に連結された電動機Ａと、内燃機関に断続器を介して機械的に連結された電動機Ｂとを備え、電動機Ｂから変速機を介して駆動輪に動力を伝達するハイブリッド車において、車両の要求駆動力検出値と車速検出値とに基づいて断続器を解放するか否かを判定し、断続器の解放判定後の内燃機関の出力Ｆを推定する。そして、出力Ｆに相当するトルクを吸収するように電動機Ｂを制御するとともに、電動機Ａの出力がＦとなるように電動機Ａを制御し、電動機Ａ及び電動機Ｂが電動機制御手段で制御されているときに断続器を解放するようにしたので、断続器を解放して内燃機関によるエンジンブレーキから電動機Ｂによる回生ブレーキに切り換えたときのショックがなくなり、良好な運転性を実現できる。また、断続器の応答速度や劣化による動作特性のバラツキがあっても、それらに影響を受けることなく解放時のショックを防止することができる。さらに、断続器解放時の入力軸と出力軸の回転速度差をなくすことができる上に、断続器解放時の伝達トルクを略０にすることができるので、断続器の劣化を抑制でき、長寿命化が図れる。
（２）請求項２の発明によれば、要求駆動力検出値が略０で且つ車速検出値が所定値以下の場合に断続器の解放を判定するようにしたので、電動機によって減速エネルギーの回収量を増やすことができる。
（３）請求項３の発明によれば、内燃機関の吸気圧力が所定値以下になってから判定を行うようにしたので、内燃機関の状態が安定してから断続器の解放を判定して出力を推定することができ、正確な出力が得られ、断続器解放時のショックをなくすことができる。
（４）請求項４の発明によれば、内燃機関の燃料カットが開始されてから判定を行うようにしたので、請求項３と同様な効果が得られる。
（５）請求項５の発明によれば、要求駆動力検出値が略０の状態が所定時間続いたら判定を行うようにしたので、請求項３と同様な効果が得られる。
（６）請求項６の発明によれば、内燃機関の回転速度、温度および燃料カットの有無に基づいて、予め測定されたフリクショントルクマップから表引き演算してフリクショントルクを求め、出力を推定するようにしたので、フリクショントルクへの影響が大きい要素を考慮してフリクショントルクを推定することができ、正確なフリクショントルクが得られる。
（７）請求項７の発明によれば、スロットルバルブ開度に応じて出力推定値を補正するようにしたので、さらに正確な出力を得ることができる。
（８）請求項８の発明によれば、ＥＧＲバルブ開度に応じて出力推定値を補正するようにしたので、請求項７と同様な効果が得られる。
（９）請求項９の発明によれば、内燃機関の吸気バルブおよび排気バルブの開閉タイミングに応じて出力推定値を補正するようにしたので、請求項７と同様な効果が得られる。
【０００７】
【発明の実施の形態】本発明を、低負荷時にはシリーズ・ハイブリッド車両ＳＨＥＶとして走行し、高負荷時には内燃機関で走行するシリーズ・パラレルハイブリッド車両ＳＰＨＶに応用した一実施の形態を説明する。なお、本発明はシリーズ・パラレルハイブリッド車両ＳＰＨＶに限定されず、走行中に内燃機関の機械出力と電動機の機械出力とを断続器で切り換える方式のすべての車両に適用することができる。
【０００８】図１に一実施の形態の構成を示す。なお、図中の太い実線は機械力の伝達経路を示し、太い破線は電力の伝達経路を示し、細い実線は制御線を示す。この車両のパワートレインは、モーター１、エンジン２、クラッチ３、モーター４、変速機５，動力伝達機構６から構成される。モーター１の出力軸、エンジン２の出力軸およびクラッチ３の入力軸は互いに連結されており、また、クラッチ３の出力軸、モーター４の出力軸および変速機５の入力軸は互いに連結されている。クラッチ３の投入時はモーター１、エンジン２およびモーター４が車両の推進源となり、クラッチ３の解放時はモーター４のみが車両の推進源となる。
【０００９】モーター１および４には交流誘導電動機、交流同期電動機あるいは直流電動機などを用いることができる。また、エンジン２にはガソリン・エンジンやディーゼル・エンジンなどを用いることができる。クラッチ３はパウダークラッチであり、伝達トルクを調節することができる。なお、クラッチ３に乾式単板クラッチや湿式多板クラッチなどを用いることもできる。変速機４はベルト式変速機ＣＶＴであり、変速比を無段階に調節することができる。なお、変速機４にギア式変速機を用いることもできる。
【００１０】モーター１、エンジン２、クラッチ３、モーター４および変速機５はそれぞれ、制御装置８～１２により駆動制御される。モーター１、４に交流電動機を用いる場合にはモーター制御装置８、１１にインバーターを用い、モーター１、４の回生交流電力を直流電力に変換して高圧バッテリー１４を充電するとともに、高圧バッテリー１４の直流電力を交流電力に変換してモーター１、４へ供給する。モーター１、４に直流電動機を用いる場合にはモーター制御装置８、１１にＤＣ／ＤＣコンバーターを用い、モーター１、４の回生直流電力を所定の電圧に調節して高圧バッテリー１４を充電するとともに、高圧バッテリー１４の直流電力を所定の電圧に調節してモーター１、４へ供給する。いずれの場合も、モーター制御装置８、１１はモーター１、４の回転速度、出力トルクを制御することができる。
【００１１】エンジン制御装置９は各種アクチュエータや機器を備え、エンジン２の燃料噴射制御、点火制御などを行う。クラッチ制御装置３はパウダークラッチ３の励磁電流を変えて伝達トルクを制御する。また、変速機制御装置１２は変速機５の変速比を制御する。
【００１２】車両コントローラー１３はマイクロコンピューターとその周辺部品から構成され、制御装置８～１２を制御して車両自体の動作、機能を制御する。車両コントローラー１３には、図２に示すように、アクセルペダルの踏み込み量を検出するアクセル開度センサー１５、車両の走行速度を検出するための車速センサー１６、エンジン２の回転速度を検出するための回転センサー１７、エンジン２の冷却水温度を検出する温度センサー１８、エンジン２のスロットルバルブ開度を検出するスロットル開度センサー１９、ＥＧＲバルブ開度を検出するＥＧＲ開度センサー２０などが接続される。
【００１３】図３はクラッチ解放制御プログラムを示すフローチャート、図４はクラッチ解放時のモーター１、４とエンジン２の状態を示すタイムチャートである。これらの図により、一実施の形態のクラッチ解放動作を説明する。車両コントローラー１３は、所定の時間間隔で図３に示すクラッチ解放制御プログラムを実行する。ステップ１においてアクセル開度θと車速Ｖを検出し、続くステップ２でアクセル開度θと車速Ｖに基づいてクラッチ３を解放するか否かを判定する。
【００１４】図５にクラッチ解放判定マップの一例を示す。アクセル開度θ１と車速Ｖが図５にハッチングで示す範囲に入ったら、クラッチ３の解放を決定する。アクセル開度θ１は、アクセルペダルが解放状態にあるか、または踏み込み状態にあるかを判断するための基準値であり、０に近い値が設定される。アクセル開度θが基準値θ１より大きく、アクセルペダルが踏み込まれているときは、車速Ｖが所定値Ｖ１以下になったらクラッチ３を解放する。一方、アクセル開度θが基準値θ１以下でアクセルペダルが解放されているときは、車速Ｖが所定値Ｖ１より大きくてもクラッチ３を解放する。乗員がアクセルペダルを解放しているときは、エンジン２による駆動力を要求していないので、車速Ｖが高い状態からクラッチ３を解放してモーター４の回生ブレーキのみにより車両を減速し、減速エネルギーの回収量を増やす。
【００１５】ところで、エンジンは、アクセルペダルが解放されたらただちに燃料カットを行うわけではなく、排気浄化性能を維持するために吸気管内の圧力が所定値以下になったことを検出して、あるいは予測して燃料カットを実行している。このアクセル解放から燃料カットまでの期間には吸気圧力が急変し、吸気圧力の急変に応じて燃料噴射量も変動するため、エンジンのフリクショントルクを精度良く推定することは困難である。
【００１６】そこで、エンジンの状態が安定してから正確なフリクショントルクを推定し、クラッチ解放時のショックをなくすために、次の条件を満たす場合に上述したクラッチ解放判定を行うようにする。クラッチ解放判定を実行するための条件とは、■エンジンの吸気管内圧力が所定値以下であること、または■燃料カットが開始されたこと、あるいは■アクセルペダルの解放状態が所定時間継続したこと、である。
【００１７】クラッチ解放判定の結果、クラッチ３を解放しない場合は解放処理を終了し、解放する場合はステップ３以降の解放処理を実行する。まず、ステップ３でエンジン２のフリクショントルクＴ１を推定する。エンジン２のフリクショントルクは、図６に示すようにエンジン回転数［ｒ／ｍ］が高くなるほど大きくなる。エンジン２のフリクショントルクはまた、燃料供給状態よりも燃料カット状態の方が大きく、エンジン冷却水温度またはエンジン潤滑油温度が低いほど大きい。さらに、スロットルバルブ開度が小さいほど大きく、ＥＧＲバルブ開度が小さいほど（排気再循環量が少ないほど）大きい。さらにまた、エンジン２の吸気バルブと排気バルブの開閉タイミングを可変にするバルブタイミング可変機構の作動状態に応じて、エンジン２のフリクショントルクが変化する。したがって、エンジン回転数、燃料カットの有無、エンジンの温度（冷却水温度または潤滑油温度）に対するフリクショントルクを予め測定し、マップ化して車両コントローラー１３のメモリに記憶しておき、エンジン２の状態に応じたフリクショントルクを表引き演算して推定する。さらに、推定されたフリクショントルクを、スロットルバルブ開度、ＥＧＲバルブ開度、あるいは吸排気バルブの開閉タイミングに応じて補正する。
【００１８】ステップ４において、図４に示すように、時刻ｔ０でクラッチ解放が決定された後、モーター１の駆動トルクを－Ｔ１（エンジン２のフリクショントルクＴ１と符号が反対で絶対値が等しい値）まで、モーター４の回生ブレーキトルクをＴ１まで、ぞれぞれ同じ増加率で増やしていく。モーター１による駆動トルクとモーター４による回生ブレーキトルクとは互いに相殺されるので、車両を減速するためのブレーキトルクは依然としてエンジン２のフリクショントルクＴ１のみである。このとき、高圧バッテリー１４からモーター制御装置８を介してモーター１へ電力が供給され、モーター１がトルクを発生する。このトルクはモーター４により回生され、モーター制御装置１１を介して高圧バッテリー１４へ戻される。厳密には、モーター１、４とモーター制御装置８、１１のわずかな損失分だけ、バッテリー１４の充電電力が失われる。
【００１９】モーター１および４の出力トルクがそれぞれ－Ｔ１、Ｔ１になったら（図４の時刻ｔ１）、ステップ５でクラッチ３を解放する。パウダークラッチ３は励磁電流をオフしても実際に伝達トルクが０になるまでに遅れがあるため、ステップ６で所定時間ｔｗの時間待ちを行う。所定時間ｔｗが経過したら（図４の時刻ｔ２）、クラッチ３の解放が完了したと判断してステップ７へ進む。
【００２０】ステップ７ではエンジン２のアイドリング要求が有るか否かを調べる。例えば、エンジン暖気中やバッテリー１４の充電状態ＳＯＣが低いときには、クラッチを解放した後もエンジン２の運転を継続する。アイドリング要求が有れば、ステップ８へ進み、エンジン２をアイドリング運転するとともに、モーター１によりアイドリング回転数一定となるように制御する。一方、アイドリング要求がない場合はステップ９へ進み、エンジン２を停止するとともに、モーター１の出力を０にする。
【００２１】このように、エンジン２に機械的に連結されたモーター１と、エンジン２にクラッチ３を介して機械的に連結されたモーター４とを備え、モーター４から変速機５を介して駆動輪７に動力を伝達するハイブリッド車において、車両の要求駆動力としてのアクセル開度検出値θと車速検出値Ｖとに基づいて、クラッチ３を解放するか否かを判定し、クラッチ３の解放判定後にエンジン２のフリクショントルクＴ１を推定する。そして、モーター１のトルクが－Ｔ１となるようにモーター１を制御するとともに、モーター４のトルクがＴ１となるようにモーター４を制御し、モーター１がトルク－Ｔ１を出力し、且つモーター４がトルクＴ１を出力しているときにクラッチ３を解放するようにしたので、クラッチ３を解放してエンジン２によるエンジンブレーキからモーター４による回生ブレーキに切り換えたときのショックがなくなり、良好な運転性能を実現できる。図４に示すように、クラッチ解放前（時刻ｔ１以前）の車両の駆動力と、クラッチ解放後（時刻ｔ２以降）の駆動力に変化がなく、クラッチ解放時のショックがなくなっている。また、クラッチ３の応答速度や劣化による動作特性のバラツキがあっても、それらに影響を受けることなく切り換えショックを防止することができる。さらに、クラッチ解放時の入力軸と出力軸の回転数差をなくすことができる上に、クラッチ解放時の伝達トルクを略０にすることができるので、クラッチの劣化を抑制でき、長寿命化が図れる。
【００２２】以上の一実施の形態の構成において、エンジン２が内燃機関を、モーター１が電動機Ａを、モーター４が電動機Ｂを、クラッチ３が断続器を、アクセル開度センサー１５が要求駆動力検出手段を、車速センサー１６が車速検出手段を、車両コントローラー１３が判定手段および推定手段を、モーター制御装置８、１１および車両コントローラー１３が電動機制御手段を、クラッチ制御装置１０および車両コントローラー１３が断続器制御手段をそれぞれ構成する。
【００２３】なお、上述した実施の形態では、モーター１の出力軸、エンジン２の出力軸およびクラッチ３の入力軸が互いに連結され、また、クラッチ３の出力軸、モーター４の出力軸および変速機５の入力軸が互いに連結されているパワートレインを例にあげて説明したので、クラッチ投入時はモーター１、エンジン２、クラッチ３の入出力軸、モーター４の回転速度がすべて等しくなる。したがって、クラッチ３の解放判定後にエンジン２のフリクショントルクＴ１を推定し、モーター１の出力トルクが－Ｔ１となるようにモーター１を制御するとともに、モーター４の出力トルクがＴ１となるようにモーター４を制御し、モーター１がトルク－Ｔ１を出力し、且つモーター４がトルクＴ１を出力しているときにクラッチ３を解放するようにした。
【００２４】しかし、モーター１、エンジン２、クラッチ３、モーター４がギアを介して連結される場合には、クラッチ投入時でもそれらの回転機器の回転速度はすべて等しくならない。そこで、この場合にはクラッチ解放時の上記トルク制御に代えて出力制御を行う。具体的には、クラッチ３の解放判定後にエンジン２の出力Ｆを推定し、モーター１の出力が－Ｆとなるようにモーター１を制御するとともに、モーター４の出力がＦとなるようにモーター４を制御し、モーター１が出力－Ｆで運転し、且つモーター４が出力Ｆで運転しているときにクラッチ３を解放する。なお、モーターの出力は、トルクと回転速度との積、または駆動電圧と駆動電流との積により求めることができる。

【出願人】	【識別番号】０００００３９９７【氏名又は名称】日産自動車株式会社
【出願日】	平成９年（１９９７）１２月５日
【代理人】	【弁理士】【氏名又は名称】永井冬紀
【公開番号】	特開平１１－１７８１１０
【公開日】	平成１１年（１９９９）７月２日
【出願番号】	特願平９－３３５８６６