JP7771901B2 - 制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、制御装置に関する。

従来、この種の制御装置としては、粒子状物質を捕集するフィルタが排気系に取り付けられたエンジンを備える車両に搭載される制御装置において、フィルタの温度が閾値以上のときには、フィルタの過熱を抑制するために、昇温制限制御としてエンジンの燃料カットを制限するものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。

特開２０２０－１２５７２０号公報

プラネタリギヤのサンギヤ、キャリヤ、リングギヤに第１モータ、エンジン、駆動輪および第２モータが接続され、第１、第２モータと共に蓄電装置が電力ラインに接続され、エンジンの挙動をエンジンと変速機とを備える車両に搭載されるエンジンの挙動に近づけるマニュアルレンジを選択可能な車両において、アクセルオフ時にエンジンの燃料カットを制限すると、エンジンのフリクションが小さくなり、第１モータによるエンジンのモータリングに伴って生じるいわゆるエンジンブレーキトルクが小さくなる。この場合に、車両の要求制動トルクを実現するために、エンジン２２の回転数を高くすることが考えられる。しかし、マニュアルレンジでは、運転者は、エンジンと変速機とを備えるエンジン車の変速フィーリングを所望している。そのため、エンジンの回転数の上昇が運転者が期待する変速フィーリングと異なる場合、運転者に違和感を与えてしまう。こうした違和感を抑制するために、第２モータの回生トルクを大きくすることが考えられる。しかし、第２モータの回生トルクを大きくすると、蓄電装置の入力電力が入力制限を大きく超過する可能性がある。

本開示の制御装置は、マニュアルレンジにおいて、運転者に与える違和感の抑制と蓄電装置の入力電力が入力制限を大きく超過することの抑制との両立を図ることを主目的とする。

本開示の制御装置は、上述の主目的を達成するために以下の手段を採った。

本開示の制御装置は、エンジンと、第１モータと、第２モータと、前記第１モータと前記エンジンと前記第２モータとに３つの回転要素がそれぞれ接続されたプラネタリギヤと、前記第１、第２モータと電力をやり取り可能な蓄電装置と、前記エンジンの挙動をエンジンと変速機とを備える車両に搭載されるエンジンの挙動に近づけるマニュアルレンジを含む複数のシフトレンジから１つのシフトレンジを選択するシフト選択装置と、を備える車両に搭載され、アクセルオフ時には、前記エンジンの燃料カットまたは運転と前記第１モータによる前記エンジンのモータリングとを伴って要求制動トルクが実現されるように前記エンジンと前記第１、第２モータとを制御する制御装置であって、前記アクセルオフ時において、前記エンジンの燃料カットの制限中に前記シフト選択装置により前記シフトレンジが前記マニュアルレンジに変更されたときには、前記蓄電装置の入力制限に拘わらずレート処理を用いずに前記要求制動トルクを小さくし、前記シフト選択装置により前記マニュアルレンジが選択されているときに前記エンジンの燃料カットの制限が開始されたときには、前記蓄電装置の入力制限に拘わらずレート処理を用いて前記要求制動トルクを小さくすることを要旨とする。

ハイブリッド車２０の概略構成図である。 処理ルーチンの一例を示すフローチャートである。 ＨＶ走行モードでのアクセルオフ時の様子の一例を示す説明図である。

次に、本開示を実施するための形態について図面を参照しながら説明する。図１は、実施形態の制御装置を搭載するハイブリッド車２０の概略構成図である。ハイブリッド車２０は、図示するように、エンジン２２と、エンジン用電子制御ユニット（以下、「エンジンＥＣＵ」という）２８と、プラネタリギヤ３０と、モータＭＧ１，ＭＧ２（第１、第２モータ）と、インバータ４１，４２と、バッテリ（蓄電装置）５０と、変速機６０と、ハイブリッド用電子制御ユニット（以下、「ＨＶＥＣＵ」という）７０とを備える。エンジン２２は、ガソリンや軽油などの燃料を用いて動力を出力する内燃機関として構成されている。エンジン２２の排気系には、エンジン２２の排気中の未燃焼燃料や窒素酸化物を浄化する浄化装置２５と、排気中の煤などの粒子状物質（ＰＭ：Particulate Matter）を捕集するＰＭフィルタ２６と、が取り付けられている。エンジン２２は、エンジンＥＣＵ２８により運転制御されている。エンジンＥＣＵ２８は、マイクロコンピュータを有し、各種センサからの信号を入力したり、各種制御信号を出力したり、各種演算を行なったり、ＨＶＥＣＵ７０と通信したりする。例えば、クランクポジションセンサ２３ａからのエンジン２２のクランクシャフト２３のクランク角θｃｒや、エアフローメータからのエンジン２２の吸入空気量Ｑａ、差圧センサ２６ａからのＰＭフィルタ２６の前後（上流側と下流側）の差圧ΔＰｆなどを入力する。クランク角θｃｒに基づいてエンジン２２の回転数Ｎｅを演算したり、吸入空気量Ｑａと回転数Ｎｅとに基づいてエンジン２２の負荷率（エンジン２２の１サイクルあたりの行程容積に対する１サイクルで実際に吸入される空気の容積の比）ＫＬを演算したりする。差圧ΔＰｆに基づいてＰＭ堆積量（ＰＭフィルタ２６に堆積した粒子状物質の堆積量）Ｑｐｍを演算したり、回転数Ｎｅや負荷率ＫＬに基づいてフィルタ温度（ＰＭフィルタ２６の温度）Ｔｆを演算したりする。プラネタリギヤ３０は、シングルピニオン式の遊星歯車機構として構成されており、サンギヤにはモータＭＧ１の回転子が接続され、キャリヤにはエンジン２２のクランクシャフト２３が接続され、リングギヤには中間軸３５が接続されている。中間軸３５にはモータＭＧ２の回転子が取り付けられている。モータＭＧ１，ＭＧ２は、例えば同期発電電動機として構成されており、ＨＶＥＣＵ７０によってインバータ４１，４２の複数のスイッチング素子がスイッチング制御されることにより回転駆動される。バッテリ５０は、例えばリチウムイオン二次電池やニッケル水素二次電池として構成されており、インバータ４１，４２と共に電力ライン５４に接続されている。このバッテリ５０は、ＨＶＥＣＵ５２により管理されている。変速機６０は、例えば４段変速や５段変速、６段変速などの有段変速機として構成されている。変速機６０の入力軸は、中間軸３５に接続されており、出力軸は、駆動輪３９ａ，３９ｂにデファレンシャルギヤ３８を介して連結された駆動軸３６に接続されている。変速機６０は、ＨＶＥＣＵ７０により制御されている。ＨＶＥＣＵ７０は、マイクロコンピュータを有し、各種センサからの信号を入力したり、各種制御信号を出力したり、各種演算を行なったり、エンジンＥＣＵ２８と通信したりする。例えば、回転位置センサ４３，４４からのモータＭＧ１，ＭＧ２の回転子の回転位置θｍ１，θｍ２や、電圧センサ５１ａや電流センサ５１ｂ、温度センサ５１ｃからのバッテリ５０の電圧Ｖｂや電流Ｉｂ、温度Ｔｂなどを入力する。スタートスイッチ８０からのスタート信号や、シフトポジションセンサ８２からのシフトポジション（シフトレバー（シフト選択装置）の操作位置、シフトレンジ）ＳＰ、アクセルペダルポジションセンサ８４からのアクセル開度（アクセルペダルの踏み込み量）Ａｃｃ、ブレーキペダルポジションセンサ８６からのブレーキペダルポジション（ブレーキペダルの踏み込み量）ＢＰ、車速センサ８７からの車速Ｖなども入力する。インバータ４１，４２や変速機６０などに制御信号を出力する。回転位置θｍ１，θｍ２に基づいてモータＭＧ１，ＭＧ２の回転数Ｎｍ１，Ｎｍ２を演算する。電圧Ｖｂと電流Ｉｂとの積としてバッテリ５０の電力Ｐｂを演算したり、電流Ｉｂの積算値に基づいてバッテリ５０の蓄電割合ＳＯＣを演算したり、蓄電割合ＳＯＣと温度Ｔｂとに基づいてバッテリ５０の入出力制限（許容入出力電力）Ｗｉｎ，Ｗｏｕｔを演算したりする。シフトポジションＳＰとして、駐車レンジ（Ｐレンジ）や、後進レンジ（Ｒレンジ）、ニュートラルレンジ（Ｎレンジ）、前進レンジ（Ｄレンジ）、マニュアルレンジ（Ｍレンジ）などが用意されている。マニュアルレンジ（Ｍレンジ）には、アップシフトレンジ（＋レンジ）とダウンシフトレンジ（－レンジ）とが併設されている。Ｍレンジでは、エンジン２２の挙動がエンジンと有段変速機とを備える自動車に搭載されるエンジンの挙動に近づくようエンジン２２やモータＭＧ１、ＭＧ２が駆動制御される。

ハイブリッド車２０では、エンジンＥＣＵ２８とＨＶＥＣＵ７０との協調制御により、エンジン２２の回転停止を伴って走行する電動走行モード（ＥＶ走行モード）や、エンジン２２の回転を伴って走行するハイブリッド走行モード（ＨＶ走行モード）で走行するように、エンジン２２とモータＭＧ１，ＭＧ２と変速機６０とが制御される。変速機６０は、シフトポジションＳＰがＤレンジのときには、変速段Ｇｓがアクセル開度Ａｃｃと車速Ｖとに基づく目標変速段Ｇｓ＊となるように制御され、シフトポジションＳＰがＭレンジのときには、シフトポジションＳＰに基づく目標変速段Ｇｓ＊となるように制御される。エンジン２２とモータＭＧ１，ＭＧ２とは、エンジン２２の回転停止または回転を伴って、中間軸３５の要求トルクＴｉ＊が中間軸３５に出力されるように制御される。要求トルクＴｉ＊は、アクセル開度Ａｃｃと車速Ｖに基づく駆動軸３６の要求トルクＴｄ＊を変速機６０の変速段Ｇｓに対応する回転数比Ｇｔで除して得られる。特に、ＨＶ走行モードでのアクセルオフ時のエンジン２２およびモータＭＧ１，ＭＧ２は、エンジン２２の燃料カットまたは運転とモータＭＧ１によるエンジン２２のモータリングとにより中間軸３５に作用するいわゆるエンジンブレーキトルクと、モータＭＧ２の回生トルクとにより、中間軸３５の要求制動トルクＴｉ２＊が中間軸３５に出力されるように制御される。要求制動トルクＴｉ２＊は、駆動軸３６の要求制動トルクＴｄ２＊を変速機６０の回転数比Ｇｔで除して得られる。要求制動トルクＴｄ２＊には、アクセル開度Ａｃｃが値０のときの上述の要求トルクＴｄ＊（制動側のトルクであり、以下、「基本制動トルクＴｄ２ａ」という）や制動側の範囲内でそれよりも小さいトルクが設定される。以下、アクセルオフ時の説明では、説明の容易のために、図３を除いて、駆動軸３６や中間軸３５の制動側のトルク（要求制動トルクＴｄ２＊，Ｔｉ２＊やエンジンブレーキトルク、モータＭＧ２の回生トルク）やバッテリ５０の入力側の電力（電力Ｐｂや入力制限Ｗｉｎ）について、絶対値の記載を省略して（正とみなして）説明する。モータＭＧ１は、エンジン２２が目標回転数Ｎｅ＊で回転するように制御され、モータＭＧ２は、要求制動トルクＴｉ２＊と例えばモータＭＧ１のトルクに基づいて推定されるエンジンブレーキトルクとの差分のトルクが出力されるように制御される。このとき、バッテリ５０は、モータＭＧ１，ＭＧ２の電力に基づいて充放電される。エンジン２２は、フィルタ温度ＴｆがＰＭフィルタ２６の過熱温度よりも若干低い閾値Ｔｆｒｅｆ未満のときには、燃料カットが行なわれる。これにより、ＰＭフィルタ２６に空気（酸素）が供給されてＰＭフィルタ２６に堆積した粒子状物質が燃焼し、ＰＭフィルタ２６の再生が行なわれる。エンジン２２は、フィルタ温度Ｔｆが閾値Ｔｆｒｅｆ以上のときには、ＰＭフィルタ２６の過熱を抑制するために、燃料カットが制限されて比較的少量（例えば、燃焼可能な下限量）の燃料噴射を伴って運転される。この場合、燃料カットが行なわれる場合に比してエンジン２２のフリクションが小さくなってエンジンブレーキトルクが小さくなり、要求制動トルクＴｄ２＊（要求制動トルクＴｉ２＊）を実現するためにモータＭＧ２の回生トルクが大きくなり、バッテリ５０の電力Ｐｂが充電側に大きくなる。目標回転数Ｎｅ＊は、シフトポジションＳＰがＤレンジのときには、バッテリ５０の電力Ｐｂが入力制限Ｗｉｎに対して余裕があるときには基本回転数Ｎｅａが設定され、電力Ｐｂが入力制限Ｗｉｎに至ると、基本回転数Ｎｅａに対して許容上限回転数Ｎｅｍａｘ以下の範囲内で引き上げられる。基本回転数Ｎｅａは、例えばアクセルオフ直前の回転数Ｎｅなどが用いられる。目標回転数Ｎｅ＊の引き上げは、モータＭＧ１の消費電力の増加とモータＭＧ２の回生電力の減少とによる電力Ｐｂの減少のために行なわれる。目標回転数Ｎｅ＊の引き上げ量は、電力Ｐｂが入力制限Ｗｉｎに対して余裕が生じるように設定される。シフトポジションＳＰがＭレンジのときには、目標回転数Ｎｅ＊は、車速Ｖと変速機６０の目標変速段Ｇｓ＊と目標回転数設定用マップとを用いて設定される。目標回転数設定用マップでは、目標回転数Ｎｅ＊は、各変速段で車速Ｖが大きいほど線形で大きくなるように、且つ、変速段Ｇｓが大きいほど車速Ｖに対する傾きが小さくなるように設定される。これにより、エンジン２２が目標回転数Ｎｅ＊で運転されると、変速機６０の各変速段で車速Ｖが大きくなるにつれてエンジン２２の回転数Ｎｅが大きくなり、変速段Ｇｓがアップシフトする際にはエンジン２２の回転数Ｎｅが低下し、変速段Ｇｓがダウンシフトする際にはエンジン２２の回転数Ｎｅが増加する。こうしてエンジン２２の目標回転数Ｎｅ＊を設定することにより、エンジン２２の回転数Ｎｅの挙動を、エンジンと有段変速機とを備える自動車に搭載されるエンジンの挙動に近づけている。

次に、ハイブリッド車２０の動作、特に、ＨＶ走行モードでのアクセルオフ時の要求制動トルクＴｄ２＊の設定処理について説明する。図２は、ＨＶＥＣＵ７０により実行される処理ルーチンの一例を示すフローチャートである。このルーチンは、ＨＶ走行モードでのアクセルオフ時に、繰り返し実行される。

図２のルーチンが実行されると、ＨＶＥＣＵ７０は、最初に、シフトポジションＳＰがＭレンジであるか否かを判定する（ステップＳ１００）。Ｍレンジでないときには、本ルーチンを終了し、Ｍレンジであるときには、エンジン２２の燃料カットが制限されるか否かを判定する（ステップＳ１１０）。ステップＳ１１０では、例えば、燃料カット制限フラグの値を調べることにより行なわれる。燃料カット制限フラグは、エンジンＥＣＵ２８により、エンジン２２の燃料カットを行なう、制限するときにそれぞれ値０、値１が設定され、ＨＶＥＣＵ７０に送信される。ステップＳ１１０でエンジン２２の燃料カットが制限されないときには、本ルーチンを終了する。ステップＳ１１０でエンジン２２の燃料カットが制限されるときには、要求制動トルクＴｄ２＊を低減するための低減判断を行なう（ステップＳ１２０）。このとき、ＨＶＥＣＵ７０からエンジンＥＣＵ２８にその旨が送信され、エンジンＥＣＵ２８によりディスプレイ２９にその旨が表示される。次に、前回本ルーチンを実行したときのシフトポジションＳＰがＭレンジであったか否かを判定する（ステップＳ１３０）。ステップＳ１００で現在Ｍレンジであることから、ステップＳ１３０でＭレンジでないときにはシフトポジションＳＰがＭレンジとは異なるレンジからＭレンジに切り替えられた直後であり、ステップＳ１３０でＭレンジのときには、シフトポジションＳＰがＭレンジで継続されていることになる。

ステップＳ１３０でＭレンジでないときには、要求制動トルクＴｄ２＊の第１低減処理を行なって（ステップＳ１４０）、本ルーチンを終了する。第１低減処理では、バッテリ５０の入力制限Ｗｉｎに拘わらず、要求制動トルクＴｄ２＊を基本制動トルクＴｄ２ａからレート処理を用いずに低減量分低下させて、要求制動トルクＴｄ２＊の低減が完了すると、低減完了フラグをオンにする。要求制動トルクＴｄ２＊の低減量は、車速Ｖなどに基づいて設定される。要求制動トルクＴｄ２＊（要求制動トルクＴｉ２＊）を小さくすることにより、モータＭＧ２の回生トルクが大きくなるのを抑制し、バッテリ５０の電力Ｐｂが入力制限Ｗｉｎを大きく超過するのを抑制できる。要求制動トルクＴｄ２＊（要求制動トルクＴｉ２＊）をレート処理を用いずに小さくするから、駆動軸３６に出力されるトルクが急変してショックが発生することがある。今、シフトポジションＳＰがＭレンジに切り替えられた直後で、運転者はある程度のショックの発生を想定していることから、運転者に与える違和感は抑制される。これにより、運転者に与える違和感の抑制とバッテリ５０の電力Ｐｂが入力制限Ｗｉｎを大きく超過することの抑制との両立を図れる。

ステップＳ１３０でＭレンジのときには、要求制動トルクＴｄ２＊の第２低減処理を行なって（ステップＳ１５０）、本ルーチンを終了する。第２低減処理では、バッテリ５０の入力制限Ｗｉｎに拘わらず、低減判断から所定時間（例えば、数秒程度）だけ待機すると、低減要求フラグをオンにして要求制動トルクＴｄ２＊を基本制動トルクＴｄ２ａからレート処理で時間の経過と共に徐々に低下させ、要求制動トルクＴｄ２＊の低減が完了すると、低減完了フラグをオンにする。ここで、低減判断から所定時間だけ待機してから要求制動トルクＴｄ２＊を基本制動トルクＴｄ２ａからレート処理で時間の経過と共に徐々に低下させるのは、燃料カットが制限されるようにエンジン２２を制御しても、エンジン２２の応答遅れにより、実際に燃料カットの制限が開始されるまでに時間を要することに基づく。要求制動トルクＴｄ２＊の低減量は、第１低減処理と同様に設定される。要求制動トルクＴｄ２＊（要求制動トルクＴｉ２＊）を小さくすることにより、モータＭＧ２の回生トルクが大きくなるのを抑制し、バッテリ５０の電力Ｐｂが入力制限Ｗｉｎを大きく超過するのを抑制できる。今、シフトポジションＳＰが継続してＭレンジであることから、運転者はショックの発生を想定していない。そのため、駆動軸３６に出力されるトルクが急変してショックが発生すると、運転者に違和感を与えてしまう。実施形態では、要求制動トルクＴｄ２＊を基本制動トルクＴｄ２ａからレート処理で時間の経過と共に徐々に低下させることにより、こうしたショックの発生を抑制でき、運転者に与える違和感が抑制される。これにより、運転者に与える違和感の抑制とバッテリ５０の電力Ｐｂが入力制限Ｗｉｎを大きく超過することの抑制との両立を図れる。

図３は、ＨＶ走行モードでのアクセルオフ時の様子の一例を示す説明図である。図３（ａ）では、図示するように、エンジン２２の燃料カットの制限中にシフトポジションＳＰがＤレンジからＭレンジに切り替えられる場合（時刻ｔ０）、要求制動トルクＴｄ２＊の低減判断やその旨のディスプレイ２９への表示を行ない、要求制動トルクＴｄ２＊の第１低減処理を開始する。第１低減処理では、低減要求フラグをオンにして要求制動トルクＴｄ２＊をレート処理を施すことなく低下させると共に、低減完了フラグをオンにする。図３（ｂ）では、図示するように、シフトポジションＳＰがＭレンジで維持されているときにエンジン２２の燃料カットが制限される場合（時刻ｔ１）、要求制動トルクＴｄ２＊の低減判断を行ない、要求制動トルクＴｄ２＊の第２低減処理を開始する。第２低減処理では、低減判断から所定時間だけ待機すると（時刻ｔ２）、低減要求フラグをオンにして要求制動トルクＴｄ２＊をレート処理で徐々に低下させ、要求制動トルクＴｄ２＊の低減が完了すると（時刻ｔ３）、低減完了フラグをオンにする。

以上説明した実施形態の制御装置によれば、アクセルオフ時において、エンジン２２の燃料カットの制限中にシフトポジションＳＰがＭレンジに変更されたときには、第１低減処理を実行し、シフトポジションＳＰとしてＭレンジが選択されているときにエンジン２２の燃料カットの制限が開始されたときには、第２低減処理を実行することにより、運転者に与える違和感の抑制とバッテリ５０の電力Ｐｂが入力制限Ｗｉｎを大きく超過することの抑制との両立を図れる。

実施形態の制御装置では、変速機６０を無段変速機としてもよい。さらに、実施形態の制御装置を、変速機６０を備えずに仮想的にエンジン２２の挙動をエンジンと変速機とを備える車両におけるエンジンの挙動に近づけるハイブリッド車に適用してもよい。

本開示は上述の実施形態に何等限定されるものではなく、本開示の要旨を逸脱しない範囲内において、種々の形態で実施し得ることは勿論である。

２０ ハイブリッド車、２８ エンジンＥＣＵ、７０ ＨＶＥＣＵ。

Claims (1)

1. エンジンと、第１モータと、中間軸に接続された第２モータと、前記第１モータと前記エンジンと前記第２モータとに３つの回転要素がそれぞれ接続されたプラネタリギヤと、入力軸が前記中間軸に接続されると共に出力軸が駆動輪に接続された駆動軸に接続された変速機と、前記第１、第２モータと電力をやり取り可能な蓄電装置と、前記エンジンの挙動をエンジンと変速機とを備える車両に搭載されるエンジンの挙動に近づけるマニュアルレンジを含む複数のシフトレンジから１つの前記シフトレンジを選択するシフト選択装置と、を備える車両に搭載され、アクセルオフ時には、前記エンジンの燃料カットまたは運転と前記第１モータによる前記エンジンのモータリングとによるエンジンブレーキトルクと前記第２モータの回生トルクとにより、アクセル開度が値０のときの前記駆動軸の要求トルクであって制動側のトルクである要求制動トルクが前記駆動軸に出力されるように前記エンジンと前記第１、第２モータとを制御する制御装置であって、
   前記アクセルオフ時において、前記エンジンの燃料カットの制限中に前記シフト選択装置により前記シフトレンジが前記マニュアルレンジに変更されたときには、前記蓄電装置の入力制限に拘わらずレート処理を用いずに前記要求制動トルクを小さくし、前記シフト選択装置により前記マニュアルレンジが選択されているときに前記エンジンの燃料カットの制限が開始されたときには、前記蓄電装置の前記入力制限に拘わらず前記レート処理を用いて前記要求制動トルクを小さくする
   制御装置。