特許 7687165 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】2025-05-26

(45)【発行日】2025-06-03

(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 20/00 20160101AFI20250527BHJP

   B60W 10/06 20060101ALI20250527BHJP

   B60W 10/02 20060101ALI20250527BHJP

   B60K 6/442 20071001ALI20250527BHJP

【ＦＩ】

B60W20/00 900

B60W10/06 900

B60W10/02 900

B60K6/442 ZHV

【請求項の数】 1

(21)【出願番号】P 2021154120

(22)【出願日】2021-09-22

(65)【公開番号】P2023045599

(43)【公開日】2023-04-03

【審査請求日】2024-02-14

(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

(72)【発明者】

【氏名】今井 創一

(72)【発明者】

【氏名】中野 智洋

【審査官】渡邊 義之

(56)【参考文献】

【文献】特開２０２１－１６０４０４（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０１７／０２４６９４８（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｂ６０Ｋ ６／２０－ ６／５４７

Ｂ６０Ｗ １０／００

Ｂ６０Ｗ １０／０２

Ｂ６０Ｗ １０／０６

Ｂ６０Ｗ １０／０８

Ｂ６０Ｗ １０／１０

Ｂ６０Ｗ １０／１８

Ｂ６０Ｗ １０／２６

Ｂ６０Ｗ １０／２８

Ｂ６０Ｗ １０／３０－ ２０／５０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

エンジン、前記エンジンと車輪との動力伝達経路に設けられたモータ、及び前記動力伝達経路での前記エンジンと前記モータとの間に設けられたクラッチ、を備えたハイブリッド車両に適用され、前記エンジンの始動要求がある場合に前記クラッチをスリップさせて前記モータにより前記エンジンのクランキングを行ってから前記クラッチを係合するハイブリッド車両の制御装置において、
前記エンジンの始動要求があって初回始動の場合に前記モータの回転数が第１閾値以上の場合には、前記クラッチがスリップ状態で前記エンジンの燃焼を開始する第１始動制御部と、
前記エンジンの始動要求があって初回始動の場合に前記モータの回転数が前記第１閾値未満の場合には、前記クラッチが係合状態で前記エンジンの燃焼を開始する第２始動制御部と、を備え、
前記第１始動制御部は、前記エンジンの始動要求があって前記エンジンの始動が失敗した後の再始動の場合に前記モータの回転数が前記第１閾値よりも大きい第２閾値以上の場合には、前記クラッチがスリップ状態で前記エンジンの燃焼を開始し、
前記第２始動制御部は、前記エンジンの始動要求があって前記エンジンの始動が失敗した後の再始動の場合に前記モータの回転数が前記第２閾値未満の場合には、前記クラッチが係合状態で前記エンジンの燃焼を開始し、
前記クラッチがスリップ状態とは、前記エンジンの回転数と前記モータの回転数との差分の絶対値が所定値以上の場合であり、
前記クラッチが係合状態とは、前記絶対値をほぼ０とみなすことができる前記所定値未満の場合である、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】

ハイブリッド車両には、エンジン、エンジンと車輪との動力伝達経路に設けられたモータ、及び動力伝達経路でのエンジンとモータとの間に設けられたクラッチ、を備えたものがある。エンジンの始動要求時には、クラッチをスリップさせてモータによりエンジンのクランキングを行ってクラッチを係合して、エンジンを始動する（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２０１９－０２５９８５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

上記のようにエンジン始動の際に、クラッチがスリップ状態でエンジンの燃焼を開始すると、早期にエンジンを始動することができる。しかしながらこの場合、エンジン回転数がモータ回転数を超えて上昇し、エンジンの回転によりモータの回転が上昇して、ハイブリッド車両にショックが発生するおそれがある。

【0005】

そこで本発明は、エンジン始動時でのショックが抑制され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】

【0006】

上記目的は、エンジン、前記エンジンと車輪との動力伝達経路に設けられたモータ、及び前記動力伝達経路での前記エンジンと前記モータとの間に設けられたクラッチ、を備えたハイブリッド車両に適用され、前記エンジンの始動要求がある場合に前記クラッチをスリップさせて前記モータにより前記エンジンのクランキングを行ってから前記クラッチを係合するハイブリッド車両の制御装置において、前記エンジンの始動要求があって初回始動の場合に前記モータの回転数が第１閾値以上の場合には、前記クラッチがスリップ状態で前記エンジンの燃焼を開始する第１始動制御部と、前記エンジンの始動要求があって初回始動の場合に前記モータの回転数が前記第１閾値未満の場合には、前記クラッチが係合状態で前記エンジンの燃焼を開始する第２始動制御部と、を備え、前記第１始動制御部は、前記エンジンの始動要求があって前記エンジンの始動が失敗した後の再始動の場合に前記モータの回転数が前記第１閾値よりも大きい第２閾値以上の場合には、前記クラッチがスリップ状態で前記エンジンの燃焼を開始し、前記第２始動制御部は、前記エンジンの始動要求があって前記エンジンの始動が失敗した後の再始動の場合に前記モータの回転数が前記第２閾値未満の場合には、前記クラッチが係合状態で前記エンジンの燃焼を開始し、前記クラッチがスリップ状態とは、前記エンジンの回転数と前記モータの回転数との差分の絶対値が所定値以上の場合であり、前記クラッチが係合状態とは、前記絶対値をほぼ０とみなすことができる前記所定値未満の場合である、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】

【0007】

本発明によれば、エンジン始動時でのショックが抑制され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】

【0008】

【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、比較例のエンジン始動制御の一例を示したタイミングチャートである。

【図3】図３は、本実施例のエンジン始動制御の一例を示したタイミングチャートである。

【図4】図４は、ＥＣＵが実行するエンジン始動制御の一例を示したフローチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0009】

［ハイブリッド車両の概略構成］
図１は、ハイブリッド車両１の概略構成図である。ハイブリッド車両１には、エンジン１０から車輪１３までの動力伝達経路に、Ｋ０クラッチ１４、モータ１５、トルクコンバータ１８、及び自動変速機１９が順に設けられている。エンジン１０及びモータ１５は駆動源としてハイブリッド車両１に搭載されている。エンジン１０は、例えばＶ型６気筒ガソリンエンジンであるが気筒数はこれに限定されず、また直列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。Ｋ０クラッチ１４、モータ１５、トルクコンバータ１８、及び自動変速機１９は、変速ユニット１１内に設けられている。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。

【0010】

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、油圧供給の停止に応じて開放状態となって、エンジン１０とモータ１５との動力伝達を遮断する。

【0011】

モータ１５は、インバータ１７を介してバッテリ１６に接続されている。モータ１５は、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。

【0012】

インバータ１７は、後述するＥＣＵ４０によって制御され、バッテリ１６からの直流電圧を交流電圧に変換するか、またはモータ１５からの交流電圧を直流電圧に変換する。モータ１５がトルクを出力する力行運転の場合、インバータ１７はバッテリ１６の直流電圧を交流電圧に変換してモータ１５に供給される電力を調整する。モータ１５が発電する回生運転の場合、インバータ１７はモータ１５からの交流電圧を直流電圧に変換してバッテリ１６に供給される電力を調整する。

【0013】

トルクコンバータ１８は、トルク増幅機能を有した流体継ぎ手である。自動変速機１９は、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である。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】

変速ユニット１１には、更にオイルポンプ２１と油圧制御機構２２とが設けられている。オイルポンプ２１で発生した油圧は、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１には、同車両の制御装置としてのＥＣＵ（Electronic Control Unit）４０が設けられている。ＥＣＵ４０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。ＥＣＵ４０は、ハイブリッド車両の制御装置の一例であり、詳しくは後述する第１始動制御部及び第２始動制御部を機能的に実現する。

【0016】

ＥＣＵ４０は、エンジン１０及びモータ１５の駆動を制御する。例えばＥＣＵ４０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のトルクや回転数を制御する。またＥＣＵ４０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。

【0017】

ＥＣＵ４０は、インバータ１７を制御して、モータ１５とバッテリ１６との間での電力の授受量を調整することで、モータ１５の回転数やトルクを制御する。また詳しくは後述するがＥＣＵ４０は、回生運転でのモータ制動トルクが目標値となるように、インバータ１７がモータ１５からバッテリ１６へ供給される電力を制御する。

【0018】

ＥＣＵ４０には、イグニッションスイッチ３１、クランク角センサ３２、モータ回転数センサ３３、アクセル開度センサ３４からの信号が入力される。クランク角センサ３２は、エンジン１０のクランクシャフトの回転速度を検出する。モータ回転数センサ３３は、モータ１５の出力軸の回転速度を検出する。アクセル開度センサ３４は、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を検出する。

【0019】

ＥＣＵ４０は、モータモード及びハイブリッドモードの何れかの走行モードでハイブリッド車両を走行させる。モータモードでは、ＥＣＵ４０はＫ０クラッチ１４を解放し、モータ１５の動力により走行する。ハイブリッドモードでは、ＥＣＵ４０はＫ０クラッチ１４を係合して少なくともエンジン１０の動力により走行する。尚、ハイブリッドモードでは、エンジン１０のみの動力で走行するモード、モータ１５を力行運転させてエンジン１０及びモータ１５の双方を動力源として走行するモードを含む。

【0020】

走行モードの切り替えは、車速やアクセル開度から求められた車両の要求駆動力と、バッテリ１６の充電状態などに基づいて行われる。例えば、要求駆動力が比較的小さく、バッテリ１６の蓄電残量を示すＳＯＣ（State Of Charge）が比較的高い場合には、燃費を向上させるためにエンジン１０を停止したモータモードが選択される。要求駆動力が比較的大きい場合や、バッテリ１６のＳＯＣが比較的低い場合には、少なくともエンジン１０が駆動したハイブリッドモードが選択される。

【0021】

例えばモータモードで走行中にアクセル開度が所定値以上になると、エンジン１０の始動が要求される。エンジン１０の始動要求があると、ＥＣＵ４０は油圧制御機構２２を制御することによりＫ０クラッチ１４を開放状態からスリップ状態に移行する。これにより、モータ１５によりエンジン１０のクランキングを開始する。また、詳しくは後述するがＥＣＵ４０は、エンジン１０の始動要求があった際のモータ回転数に応じてＫ０クラッチ１４がスリップ状態でエンジン１０の燃焼を開始する、又はＫ０クラッチ１４が係合状態でエンジン１０の燃焼を開始する。このようにしてエンジン１０を始動して、走行モードがモータモードからハイブリッドモードに切り替えられる。尚、エンジン１０の燃焼を開始する、とは燃料噴射弁から燃料噴射が開始されて混合気に点火が開始されることを意味する。

【0022】

［エンジン始動制御］
次に、本実施例のエンジン始動制御について説明する前に、比較例でのエンジン始動制御について説明する。図２は、比較例でのエンジン始動制御を示したタイミングチャートである。図２には、エンジン回転数［ｒｐｍ］、モータ回転数［ｒｐｍ］、Ｋ０クラッチ１４の状態、及びエンジン１０の燃焼状態を示している。尚、エンジン回転数は一点鎖線で示しており、その他は実線で示している。

【0023】

時刻ｔ０ではＫ０クラッチ１４は開放状態にあり、エンジン回転数が０であり、エンジン１０の燃焼は停止している。その後にエンジン１０の始動要求があると、時刻ｔ１でＫ０クラッチ１４はスリップ状態となり、モータ１５の出力トルクがエンジン１０をクランキングするためのトルク分だけ増大する。これにより、モータ回転数を現状の回転数に維持しつつモータ１５によりエンジン１０のクランキングが開始され、エンジン回転数が上昇する。

【0024】

Ｋ０クラッチ１４がスリップ状態でありエンジン回転数がモータ回転数未満である時刻ｔ２でエンジン１０の燃焼が開始されると、エンジン回転数の上昇率が更に増大する。これにより、時刻ｔ３でエンジン回転数がモータ回転数を超える。Ｋ０クラッチ１４はスリップ状態であるため、モータ回転数もエンジン１０の回転により一時的に上昇し、これによりハイブリッド車両１が加速してショックが発生するおそれがある。その後、時刻ｔ４でエンジン回転数が安定してモータ回転数と一致し、Ｋ０クラッチ１４は係合状態となる。このように、エンジン始動時にエンジン回転数がモータ回転数を超える現象は、モータ回転数が比較的低い場合に生じやすく、例えばモータ回転数が後述する閾値α以下の場合に生じやすい。

【0025】

図３は、本実施例のエンジン始動制御の一例を示したタイミングチャートである。図３には、図２と同様にエンジン回転数［ｒｐｍ］、モータ回転数［ｒｐｍ］、Ｋ０クラッチ１４の状態、及びエンジン１０の燃焼状態を示している。比較例と同様に、Ｋ０クラッチ１４は開放状態でありエンジン１０が停止状態である時刻ｔ０から、エンジン始動要求により時刻ｔ１でＫ０クラッチ１４がスリップ状態となり、エンジン１０のクランキングが開始される。時刻ｔ２でエンジン回転数がモータ回転数にまで上昇すると、Ｋ０クラッチ１４は係合状態となり、その後の時刻ｔ３からエンジン１０の燃焼が開始される。このように本実施例では、Ｋ０クラッチ１４の係合状態でエンジン１０の燃焼が開始されるため、Ｋ０クラッチ１４がスリップ状態でエンジン１０の燃焼が開始される比較例で生じるショックを抑制できる。

【0026】

尚、本実施例のようにＫ０クラッチ１４の係合状態でエンジン１０の燃焼を開始する場合には、Ｋ０クラッチ１４の係合後直ちにエンジン１０の燃焼を開始することが好ましい。エンジン１０の始動遅れを抑制するためである。また、本実施例のようにＫ０クラッチ１４の係合状態でエンジン１０の燃焼を開始した場合には、エンジン１０のトルク上昇に起因してハイブリッド車両１に振動が発生するおそれがある。従って、エンジン１０の燃焼開始のタイミングに合わせて、エンジン１０のトルクの上昇を相殺するようにモータ１５のトルクを低下させてもよい。

【0027】

上述したようにエンジン始動時でのショックは、モータ回転数が比較的低い場合に発生しやすい。このため本実施例では、モータ回転数が閾値α未満の場合には、Ｋ０クラッチ１４が係合状態でエンジン１０の燃焼を開始し、モータ回転数が閾値以上の場合には、Ｋ０クラッチ１４がスリップ状態でエンジン１０の燃焼を開始する。ここで閾値αは、Ｋ０クラッチ１４がスリップ状態でエンジン１０の燃焼を開始した場合にエンジン回転数がモータ回転数を超える可能性がある上限値に設定されている。従って、モータ回転数がエンジン回転数に超えられる可能性が少ない閾値以上の場合にＫ０クラッチ１４がスリップ状態でエンジン１０の燃焼を開始することにより、早期にエンジン１０を始動することができる。

【0028】

［ＥＣＵが実行するエンジン始動制御］
図４は、ＥＣＵ４０が実行するエンジン始動制御の一例を示したフローチャートである。本制御は、イグニッションがオンの状態で所定の周期ごとに繰り返し実行される。ＥＣＵ４０は、エンジン１０の始動要求があるか否かを判定する（ステップＳ１）。ステップＳ１でＮｏの場合には、本制御を終了する。

【0029】

ステップＳ１でＹｅｓの場合には、ＥＣＵ４０はエンジン１０の始動失敗後での再始動であるか否かを判定する（ステップＳ２）。ここで例えば本実施例のＥＣＵ４０は、モータ１５のクランキングによりエンジン回転数を自立運転可能な回転数にまで上昇させることができなかった場合には、始動失敗と判定して失敗履歴フラグをオンにする。ＥＣＵ４０は本フラグを参照することにより、ステップＳ２の判定を行う。ＥＣＵ４０は、始動失敗した場合には直ちにエンジン１０を再度クランキングすることにより再始動する。この際にＥＣＵ４０は、モータ１５のクランキングトルクを失敗前のクランキングトルクよりも所定値だけ増大させる。

【0030】

ステップＳ２でＮｏの場合、即ちエンジン１０の始動が始動要求があってからの初回始動の場合には、ＥＣＵ４０はモータ回転数が閾値α以上であるか否かを判定する（ステップＳ３）。

【0031】

ステップＳ３でＹｅｓの場合、上述したショックが生じるおそれは少ないものとして、ＥＣＵ４０はＫ０クラッチ１４がスリップ状態でエンジン１０の燃焼を開始してエンジン１０を始動する（ステップＳ４）。これによりエンジン１０を早期に始動することができる。尚、Ｋ０クラッチの状態は、エンジン回転数とモータ回転数との差分の絶対値に基づいて判定することができる。この絶対値がほぼ０とみなすことができる所定値未満の場合にはＫ０クラッチ１４は係合状態であり、この絶対値が所定値以上の場合にはＫ０クラッチ１４はスリップ状態にあるとみなすことができる。ステップＳ４の処理は第１始動制御部が実行する処理の一例である。

【0032】

ステップＳ３でＮｏの場合、即ちモータ回転数が閾値α未満の場合には、ＥＣＵ４０はＫ０クラッチ１４の係合状態でエンジン１０の燃焼を開始してエンジン１０を始動する（ステップＳ５）。これにより、上述したショックの発生を抑制できる。ステップＳ５の処理は第２始動制御部が実行する処理の一例である。

【0033】

ステップＳ２でＹｅｓの場合、即ちエンジン１０の始動が、始動要求があってからの失敗後の再始動である場合には、ＥＣＵ４０はモータ回転数が閾値β以上であるか否かを判定する（ステップＳ６）。ここで閾値βは閾値αよりも大きい値である。上述したように始動失敗後の再始動時では初回始動時よりもクランキングトルクが増大しているため、再始動時では初回始動時よりもエンジン回転数がモータ回転数を超えやすい。このため、始動失敗後の再始動時には、モータ回転数が閾値αよりも大きい閾値β以上であるか否かが判定される。

【0034】

ステップＳ６でＹｅｓの場合には、ＥＣＵ４０はＫ０クラッチ１４がスリップ状態でエンジン１０の燃焼を開始してエンジン１０を始動する（ステップＳ４）。この場合もエンジン１０を早期に始動することができる。ステップＳ６でＮｏの場合には、ＥＣＵ４０はＫ０クラッチ１４の係合状態でエンジン１０の燃焼を開始してエンジン１０を始動する（ステップＳ５）。この場合も上述したショックの発生を抑制できる。

【0035】

上記実施例では、単一のＥＣＵ４０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。

【0036】

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】

【0037】

１０ エンジン
１４ Ｋ０クラッチ
１５ モータ
４０ ＥＣＵ（第１始動制御部、第２始動制御部）

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】