特許 7655005 ハイブリッド車両の制御装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2025-03-25

(45)【発行日】2025-04-02

(54)【発明の名称】ハイブリッド車両の制御装置

(51)【国際特許分類】

   B60W 10/06 20060101AFI20250326BHJP

   B60K 6/48 20071001ALI20250326BHJP

   B60K 6/54 20071001ALI20250326BHJP

   B60W 10/02 20060101ALI20250326BHJP

   B60W 20/40 20160101ALI20250326BHJP

   F02D 29/06 20060101ALI20250326BHJP

【ＦＩ】

B60W10/06 900

B60K6/48 ZHV

B60K6/54

B60W10/02 900

B60W20/40

F02D29/06 D

【請求項の数】 1

(21)【出願番号】P 2021031582

(22)【出願日】2021-03-01

(65)【公開番号】P2022132873

(43)【公開日】2022-09-13

【審査請求日】2023-12-19

(73)【特許権者】

【識別番号】000003207

【氏名又は名称】トヨタ自動車株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110004370

【氏名又は名称】弁理士法人片山特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】吉田 卓弘

(72)【発明者】

【氏名】福田 敦史

(72)【発明者】

【氏名】市川 晃次

(72)【発明者】

【氏名】井戸側 正直

(72)【発明者】

【氏名】中野 智洋

【審査官】結城 健太郎

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１１－３１６５９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１２－５６３６２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１９－１９８９０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１８－１６８９１１（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｂ６０Ｋ ６／４８， ６／５４，

Ｂ６０Ｗ １０／００，２０／４０，

Ｂ６０Ｌ ５０／１６，

Ｆ０２Ｄ ２９／０６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

エンジンと車輪との動力伝達経路上にモータが設けられ、前記動力伝達経路上の前記エンジンと前記モータとの間にクラッチが設けられたハイブリッド車両の制御装置において、
前記エンジンの回転数と前記モータの回転数とを取得する取得部と、
前記エンジンが駆動中であり、前記クラッチが開放状態及びスリップ状態の何れか一方であるか否かを判定する第１判定部と、
前記エンジンの回転数が目標アイドル回転数から低下したか否かを判定する第２判定部と、
前記第１及び第２判定部により肯定判定がなされた場合に、前記エンジンの出力トルクを所定のトルク増大量分だけ増大させる補正を行う補正部と、を備え、
前記目標アイドル回転数から前記エンジンの回転数を減算した値である不足回転数が大きいほど、前記トルク増大量を増大させ、
前記エンジンの回転数の単位時間当たりの低下量が大きいほど、前記トルク増大量を増大させ、
前記エンジンの回転数から前記モータの回転数を減算した差分回転数が、前記クラッチが係合する直前の状態とみなすことができる値以下の場合には、前記トルク増大量を徐々に減少させてゼロにする、ハイブリッド車両の制御装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、ハイブリッド車両の制御装置に関する。

【背景技術】

【0002】

エンジンと車輪との動力伝達経路上にモータが設けられ、動力伝達経路上のエンジンとモータとの間にクラッチが設けられたハイブリッド車両が知られている（例えば特許文献１参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２０１５－０６７００８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

ハイブリッド車両の始動の際には、エンジン及びモータの始動後に、クラッチが開放状態からスリップ状態を経て係合状態となって、エンジンとモータとが連結される。この際に、エンジン及びモータの回転数は例えば目標アイドル回転数に維持される。ここで、例えば低温始動時や、モータに何らかの異常が発生した場合には、モータの出力トルクが所望の出力トルクよりも低下するおそれがある。このような状態でクラッチがスリップ状態になると、モータの出力トルクの低下分をエンジンの出力トルクにより補うことができずにエンジン回転数が目標アイドル回転数よりも低下するおそれがある。この場合、クラッチが係合状態となった後においても、エンジン及びモータの回転数が目標アイドル回転数を維持できないおそれがある。このようにして始動性が低下するおそれがある。

【0005】

このため、クラッチがスリップ状態となった際に、エンジンの出力トルクを増大させるように補正することが考えられる。ここで、クラッチがスリップ状態となったか否の判定を、クラッチに供給される油圧に基づいて行うことが考えられる。しかしながら、油圧の大きさとクラッチの状態との関係は、環境温度や油量に応じてばらつきがあり、油圧に基づいてクラッチの状態を精度よく判定することは困難である。このため、油圧に基づいてクラッチがスリップ状態になったと判定された場合であっても、実際にはクラッチが係合状態となった後にこのような判定が行われ、上記の補正を適切なタイミングで行うことができずに、始動性が低下するおそれがある。

【0006】

そこで本発明は、始動性が向上した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。

【課題を解決するための手段】

【0007】

上記目的は、エンジンと車輪との動力伝達経路上にモータが設けられ、前記動力伝達経路上の前記エンジンと前記モータとの間にクラッチが設けられたハイブリッド車両の制御装置において、前記エンジンの回転数と前記モータの回転数とを取得する取得部と、前記エンジンが駆動中であり、前記クラッチが開放状態及びスリップ状態の何れか一方であるか否かを判定する第１判定部と、前記エンジンの回転数が目標アイドル回転数から低下したか否かを判定する第２判定部と、前記第１及び第２判定部により肯定判定がなされた場合に、前記エンジンの出力トルクを所定のトルク増大量分だけ増大させる補正を行う補正部と、を備え、前記目標アイドル回転数から前記エンジンの回転数を減算した値である不足回転数が大きいほど、前記トルク増大量を増大させ、前記エンジンの回転数の単位時間当たりの低下量が大きいほど、前記トルク増大量を増大させ、前記エンジンの回転数から前記モータの回転数を減算した差分回転数が、前記クラッチが係合する直前の状態とみなすことができる値以下の場合には、前記トルク増大量を徐々に減少させてゼロにする、ハイブリッド車両の制御装置によって達成できる。

【発明の効果】

【0008】

本発明によれば、始動性が向上したハイブリッド車両の制御装置を提供できる。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】図１は、ハイブリッド車両の概略構成図である。

【図2】図２は、比較例でのエンジンの回転数、モータの回転数、及びＫ０クラッチに供給される油圧の推移を示したタイミングチャートである。

【図3】図３は、ＥＣＵが実行する出力トルク増大制御の一例を示したフローチャートである。

【図4】図４は、トルク増大量を規定したマップの一例である。

【図5】図５は、本実施例でのエンジンの回転数、モータの回転数、Ｋ０クラッチに供給される油圧、及びトルク増大量の推移を示したタイミングチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0010】

［ハイブリッド車両の概略構成］
図１は、ハイブリッド車両の概略構成図である。ハイブリッド車両には、走行用の駆動源としてのエンジン１０とモータ１５が搭載されている。エンジン１０は、例えばガソリンエンジンであるが、ディーゼルエンジンであってもよい。エンジン１０には、エンジン１０をクランキングして始動させるためのスタータ２４が設けられている。エンジン１０から車輪１３への動力伝達経路上に、変速ユニット１１が設けられている。変速ユニット１１と左右の車輪１３とは、ディファレンシャル１２を介して駆動連結されている。

【0011】

変速ユニット１１には、Ｋ０クラッチ１４とモータ１５とが設けられている。変速ユニット１１においてモータ１５は、エンジン１０から車輪１３への動力伝達経路上に位置するように設置されている。Ｋ０クラッチ１４は、同動力伝達経路上のエンジン１０とモータ１５との間に設けられている。Ｋ０クラッチ１４は、油圧の供給を受けて、開放状態からスリップ状態を経て係合状態となって、エンジン１０とモータ１５との動力伝達を接続する。Ｋ０クラッチ１４は、油圧の供給が停止されると開放状態となって、エンジン１０とモータ１５との動力伝達を遮断する。

【0012】

モータ１５は、インバータ１７を介して車載バッテリ１６に接続されている。モータ１５は、車載バッテリ１６からの給電に応じて車両の駆動力を発生するモータとして機能する一方で、エンジン１０や車輪１３からの動力伝達に応じて車載バッテリ１６に充電する電力を発電する発電機としても機能する。モータ１５と車載バッテリ１６との間で授受される電力は、インバータ１７により調整されている。

【0013】

変速ユニット１１には、トルク増幅機能を有した流体継ぎ手であるトルクコンバータ１８と、ギア段の切替えにより変速比を多段階に切替える有段式の自動変速機１９と、が設けられている。変速ユニット１１において自動変速機１９は、動力伝達経路上のモータ１５と車輪１３の間に設けられている。トルクコンバータ１８を介して、モータ１５と自動変速機１９とが連結されている。トルクコンバータ１８には、油圧の供給を受けて係合状態となってモータ１５と自動変速機１９とを直結するロックアップクラッチ２０が設けられている。

【0014】

更に変速ユニット１１には、オイルポンプ２１と油圧制御機構２２とが設けられている。そして、オイルポンプ２１で発生した油圧が、油圧制御機構２２を介して、Ｋ０クラッチ１４、トルクコンバータ１８、自動変速機１９、及びロックアップクラッチ２０にそれぞれ供給されている。油圧制御機構２２には、Ｋ０クラッチ１４、トルクコンバータ１８、自動変速機１９、及びロックアップクラッチ２０のそれぞれの油圧回路と、それらの作動油圧を制御するための各種の油圧制御弁と、が設けられている。

【0015】

ハイブリッド車両には、ＥＣＵ（Electronic Control Unit）２３が設けられている。ＥＣＵ２３は、車両の走行制御に係る各種演算処理を行う演算処理回路と、制御用のプログラムやデータが記憶されたメモリと、を備える電子制御ユニットである。ＥＣＵ２３は、ハイブリッド車両の制御装置の一例であり、詳しくは後述する取得部、第１判定部、第２判定部、及び補正部を機能的に実現する。

【0016】

ＥＣＵ２３は、エンジン１０及びモータ１５の駆動を制御する。例えばＥＣＵ２３は、エンジン１０のスロットル開度、点火時期、燃料噴射量を制御することにより、エンジン１０のトルク制御を行う。またＥＣＵ２３は、インバータ１７を制御して、モータ１５と車載バッテリ１６との間での電力の授受量を調整することで、モータ１５のトルク制御を行う。さらにＥＣＵ２３は、油圧制御機構２２の制御を通じて、Ｋ０クラッチ１４やロックアップクラッチ２０、自動変速機１９の駆動制御を行う。ＥＣＵ２３には、エンジン１０のクランクシャフトの回転数を検出するエンジン回転数センサ２５、モータ１５の回転数を検出するモータ回転数センサ２６、その他、運転者のアクセルペダルの踏込量であるアクセルペダル開度などの検出信号が入力されている。

【0017】

［比較例での始動性］
次に、比較例でのハイブリッド車両の始動性について説明する。図２は、比較例でのエンジン１０の回転数［ｒｐｍ］、モータ１５の回転数［ｒｐｍ］、及びＫ０クラッチ１４に供給される油圧［Ｐａ］の推移を示したタイミングチャートである。ハイブリッド車両のイグニッションがオンにされると、スタータ２４が駆動してエンジン１０を始動し（時刻ｔ１）、エンジン１０の回転数は目標アイドル回転数に維持される。その後にモータ１５が始動し（時刻ｔ２）、開放状態にあるＫ０クラッチ１４への油圧が増大し始める（時刻ｔ３）。ここで、例えば外気温が５℃～３０℃まで常温環境下での始動時では、エンジン１０の回転数が目標アイドル回転数を維持したまま、Ｋ０クラッチ１４がスリップ状態となり（時刻ｔ４）、その後に係合状態となっても（時刻ｔ５）、エンジン１０及びモータ１５の回転数は目標アイドル回転数に維持される。

【0018】

しかしながら、例えば外気温が５℃未満の低温環境下での始動時では、Ｋ０クラッチ１４やモータ１５、自動変速機１９で用いられる潤滑油の温度も低いため粘度が高くなっており、これらのフリクショントルクが増大している。これにより、モータ１５の出力トルク所望の出力トルクよりも低下する。このため低温始動時においては、Ｋ０クラッチ１４がスリップ状態になると（時刻ｔ４）、モータ１５の出力トルクの低下分をエンジン１０の出力トルクにより補うことができずに、エンジン１０の回転数が目標アイドル回転数よりも低下する。この状態でＫ０クラッチ１４が係合状態となると（時刻ｔ５）、エンジン１０及びモータ１５の回転数を目標アイドル回転数に維持することができないおそれがある。これにより、例えばエンジン１０がストールするなど、始動性が低下するおそれがある。そこで本実施例のＥＣＵ２３は、以下のような出力トルク増大制御を実行する。

【0019】

［出力トルク増大制御］
図３は、ＥＣＵ２３が実行する出力トルク増大制御の一例を示したフローチャートである。本制御は、ハイブリッド車両のイグニッションがオンの間は繰り返し実行される。最初にＥＣＵ２３は、エンジン１０が駆動中であるか否かを判定する（ステップＳ１）。ステップＳ１の判定は、エンジン回転数センサ２５の検出値に基づいて行うことができる。

【0020】

次に、ＥＣＵ２３は、Ｋ０クラッチ１４の状態が開放状態及びスリップ状態の何れか一方であるか否かを判定する（ステップＳ２）。ステップＳ２では、Ｋ０クラッチ１４に供給される油圧センサの検出値が、Ｋ０クラッチ１４が係合状態を示す値よりも小さいことをもって、Ｋ０クラッチ１４の状態が開放状態及びスリップ状態の何れか一方であると判定してもよい。またステップＳ２では、エンジン１０の回転数とモータ１５の回転数とが不一致であることをもって、Ｋ０クラッチ１４の状態が開放状態及びスリップ状態の何れか一方であると判定してもよい。ステップＳ１及びＳ２の処理は、第１判定部が実行する処理の一例である。ステップＳ１及びＳ２の何れかでＮｏの場合には、本制御を終了する。

【0021】

ステップＳ１及びＳ２でＹｅｓの場合には、ＥＣＵ２３はエンジン回転数センサ２５及びモータ回転数センサ２６の検出値に基づいて、エンジン１０の回転数とモータ１５の回転数を取得する（ステップＳ３）。ステップＳ３の処理は、取得部が実行する処理の一例である。

【0022】

次にＥＣＵ２３は、モータ１５の回転数が所定値α以上であるか否かを判定する（ステップＳ４）。所定値αは、ゼロより大きい値であって、目標回転数よりも低い値に設定されている。ステップＳ４については、詳しくは後述する。ステップＳ４でＮｏの場合、本制御は終了する。

【0023】

ステップＳ４でＹｅｓの場合、ＥＣＵ２３はエンジン１０の回転数が目標回転数から低下したか否かを判定する（ステップＳ５）。ステップＳ５の処理は、第２判定部が実行する処理の一例である。ステップＳ５でＮｏの場合、本制御は終了する。例えば、エンジン１０の回転数が目標回転数よりも上昇した場合には、ステップＳ５でＮｏと判定される。

【0024】

ステップＳ５でＹｅｓの場合、ＥＣＵ２３は出力トルク増大補正を実行する（ステップＳ６）。出力トルク増大補正は、後述する図４のマップに基づいて算出されたトルク増大量分だけ、エンジン１０の出力トルクを、出力トルク増大補正が実行されていない場合よりも増大させる補正である。エンジン１０の出力トルクの増大は、スロットル開度、点火時期、燃料噴射量を制御することにより実現できる。ステップＳ６の処理は、補正部が実行する処理の一例である。

【0025】

このようにステップＳ１、Ｓ２、及びＳ４でＹｅｓの場合であって、ステップＳ５でエンジン１０の回転数が目標回転数から低下したと判定された場合に、出力トルク増大補正が実行される。例えばＫ０クラッチ１４に供給される油圧に基づいてＫ０クラッチ１４がスリップ状態であると判定してから出力トルク増大補正を実行することも考えられるが、上述したように油圧に基づいてＫ０クラッチ１４の状態を精度よく判定することは困難である。このため、本実施例のように、実際にエンジン１０の回転数が目標回転数から低下し始めたタイミングでエンジン１０の出力トルク増大補正を開始することができ、適切なタイミングで出力トルク増大補正を実行することができる。

【0026】

図４は、トルク増大量を規定したマップの一例である。図４は、横軸は、単位時間当たりのエンジン１０の回転数の変化量［ｒｐｍ／ｍｓｅｃ］を示し、縦軸はトルク増大量［Ｎ・ｍ］を示している。また、図４には、目標回転数からエンジン１０の回転数を減算した値である不足回転数β１及びβ２の場合でのトルク増大量を示している。不足回転数β１はゼロよりも大きい値である。不足回転数β２は不足回転数β１よりも大きい値である。

【0027】

図４のマップには、不足回転数β１及びβ２の２つの場合のみを示しているが、実際には不足回転数毎にトルク増大量が規定されている。詳細には、図４のマップでは、エンジン１０の回転数の変化量が一定の負の値である場合、不足回転数が増大するほどトルク増大量も増大するように規定されている。ここで、エンジン１０の回転数の変化量が負の値の場合には、エンジン１０の回転数が低下していることを示す。エンジン１０の回転数の変化量が正の値の場合には、エンジン１０の回転数が上昇していることを示す。エンジン１０の回転数の変化量がゼロの場合には、エンジン１０の回転数が一定であることを示す。

【0028】

図４に示すように、不足回転数が大きいほどトルク増大量は増大し、エンジン１０の回転数の低下量が大きいほどトルク増大量は増大する。不足回転数が大きいほど、及びエンジン１０の回転数の低下量が大きいほど、エンジン１０の回転数を目標回転数にまで上昇させるために必要となるトルクも大きいからである。このように、必要となるトルクに対して過不足なくエンジン１０の出力トルクを増大させることができる。

【0029】

次にＥＣＵ２３は、エンジン１０の回転数からモータ１５の回転数を減算した差分回転数が閾値γ以下であるか否かを判定する（ステップＳ７）。閾値γは、ゼロ以外のゼロに近い値であって、Ｋ０クラッチ１４が係合する直前の状態とみなすことができる値に設定されている。ステップＳ７でＮｏの場合には、本制御を終了する。

【0030】

ステップＳ７でＹｅｓの場合には、ＥＣＵ２３は、設定されたトルク増大量を徐々に減少させてゼロとする徐変減少処理を実行する（ステップＳ８）。これにより、出力トルク増大補正の実行によりエンジン１０の回転数が目標回転数を超えて過度に上昇することを抑制することができる。

【0031】

ここで、Ｋ０クラッチ１４に供給される油圧に基づいてＫ０クラッチ１４が係合直前の状態であることを判定してから、徐変減少処理を開始することも考えられる。しかしながら、上述したように油圧に基づいてＫ０クラッチ１４の状態を精度よく判定することは困難である。このため、Ｋ０クラッチ１４が係合状態となった後に遅れて徐変減少処理が開始され、出力トルク増大補正の実行によるエンジン１０の回転数の過度な上昇を抑制できないおそれがある。従って、エンジン１０の回転数からモータ１５の回転数を減算した差分回転数を用いることにより、Ｋ０クラッチ１４が係合直前の状態であるか否かを精度よく判定でき、Ｋ０クラッチ１４が係合直前の状態から徐変減少処理を開始して、エンジン１０の回転数の過度な上昇を抑制することができる。

【0032】

［本実施例の始動性］
次に、本実施例でのハイブリッド車両の始動性について説明する。図５は、本実施例でのエンジン１０の回転数、モータ１５の回転数、Ｋ０クラッチ１４に供給される油圧、及びトルク増大量の推移を示したタイミングチャートである。図５は、図２に対応しており、時刻ｔ３までは図２と同じであるため重複する説明を省略する。モータ１５の回転数が所定値α以上となり（時刻ｔ３ａ）、上述したステップＳ４でＹｅｓと判定される。その後に、エンジン１０の回転数が目標回転数から低下し始めて（時刻ｔ４）、出力トルク増大補正が行われる。これにより、エンジン１０の回転数の低下が抑制される。その後にエンジン１０の回転数からモータ１５の回転数を減算した差分回転数が閾値γ以下となると（時刻ｔ５）、トルク増大量に対して徐変減少処理が実行され、トルク増大量は徐々にゼロにまで低下する。このようにしてエンジン１０の回転数の低下を抑制することができ、始動性が向上している。

【0033】

時刻ｔ３ａ及びステップＳ４で説明したように、モータ１５の回転数が所定値α以上であることは、出力トルク増大補正を実行するための前提要件の一つである。例えばモータ１５の回転数が所定値α以上となる前のエンジン１０の始動直後での燃焼状態が安定しない時期に、一時的にエンジン１０の回転数が目標回転数から低下する場合がある。このような場合であっても、モータ１５の回転数が所定値α以上であることが出力トルク増大補正の前提要件であるため、出力トルク増大補正が意図しないタイミングで実行されることを回避できる。また、モータ１５の始動時での回転数の立ち上がりのタイミングは、車載バッテリ１６の充電残量やＫ０クラッチ１４の作動油の充填状態に応じてばらつきがある。このような場合であっても、モータ１５の回転数が所定値α以上であることが出力トルク増大補正の前提要件であるため、モータ１５の回転数の立ち上がりのタイミングのばらつきの影響を受けずに、出力トルク増大補正を実行することができる。

【0034】

上記実施例においてＥＣＵ２３は、エンジン１０の回転数、及びモータ１５の回転数をステップＳ２とステップＳ４との間で取得していたが、これに限定されない。例えばＥＣＵ２３は、ステップＳ１の前や、ステップＳ１の後であってステップＳ２の前にこれらの回転数を取得していてもよいし、各処理を実行しながら常時これらの回転数を取得してもよい。

【0035】

上記実施例において図４のマップでは、低温始動時でのモータ１５の出力トルクの低下分を考慮してトルク増大量が規定されている。例えばモータ１５に故障等の何らかの異常が生じたことを検出した場合には、図４のマップとは異なるモータ１５の異常発生時でのマップを用いて、出力トルク増大補正を行ってもよい。例えば、モータ１５が単独で始動できないほどの異常が発生している場合には、Ｋ０クラッチ１４がスリップ状態となることにより、エンジン１０の回転に伴ってモータ１５が強制的に回転される。この際には、エンジン１０の出力トルクを低温始動時よりも大きく増大させる必要がある。このため、モータ１５の異常発生時でのマップは、例えば図４のマップよりもトルク増大量が増大するように規定することが好ましい。これにより、モータ１５に異常が生じた場合であっても、ハイブリッド車両の始動性を向上させることができる。

【0036】

上記実施例では、単一のＥＣＵ２３によりハイブリッド車両を制御する場合を例示したが、これに限定されず、例えばエンジン１０を制御するエンジンＥＣＵ、モータ１５を制御するモータＥＣＵ、Ｋ０クラッチ１４を制御するクラッチＥＣＵ等の複数のＥＣＵによって、上述した制御を実行してもよい。

【0037】

以上、本発明の実施例について詳述したが、本発明はかかる特定の実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。

【符号の説明】

【0038】

１０ エンジン
１３ 車輪
１４ Ｋ０クラッチ
１５ モータ
１９ 自動変速機
２３ ＥＣＵ（ハイブリッド車両の制御装置）
２５ エンジン回転数センサ
２６ モータ回転数センサ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】