ハイブリッド電気自動車の制御装置
【課題】パラレル式ハイブリッド電気自動車の制御装置に関し、低コストで製造できるようにしながら、エンジンと電動機とをより効率よく作動させることができるようにする。
【解決手段】エンジン１１の出力軸１１ａと電動発電機１２の回転軸１２ａとの間に介装されたマニュアル式のクラッチ１３と、電動発電機１２と駆動輪１８との間に介装され、電動発電機１２の回転軸１２ａに入力軸１４ａを結合されたマニュアル式変速機１４と、電動発電機１２に電力を供給し、電動発電機１２の発電電力を充電されるバッテリ１９と、を備え、クラッチ状態検出手段３２ａにより検出されたクラッチ１３の操作状態と、アクセル状態検出手段３１ａにより検出されたアクセルの操作状態と、充電率検出手段２３により検出されたバッテリ１９の充電率とに基づいて、電動機トルクを算出し、該電動機トルクが発生するように電動発電機１２を制御する制御手段２４と、を備える。
【解決手段】エンジン１１の出力軸１１ａと電動発電機１２の回転軸１２ａとの間に介装されたマニュアル式のクラッチ１３と、電動発電機１２と駆動輪１８との間に介装され、電動発電機１２の回転軸１２ａに入力軸１４ａを結合されたマニュアル式変速機１４と、電動発電機１２に電力を供給し、電動発電機１２の発電電力を充電されるバッテリ１９と、を備え、クラッチ状態検出手段３２ａにより検出されたクラッチ１３の操作状態と、アクセル状態検出手段３１ａにより検出されたアクセルの操作状態と、充電率検出手段２３により検出されたバッテリ１９の充電率とに基づいて、電動機トルクを算出し、該電動機トルクが発生するように電動発電機１２を制御する制御手段２４と、を備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、手動変速機を介してエンジン及び電動機の出力トルクを駆動輪に伝達して車両を駆動すること、及び、エンジンを切り離して電動機の出力トルクを駆動輪に伝達して車両を駆動することが可能な、パラレル式ハイブリッド電気自動車に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
エンジン（原動機）及び電動機の両方の出力トルクによって車両を駆動しうるパラレル式ハイブリッド電気自動車が開発されており、シリーズ式のものに比べて車両の駆動トルクを大きく確保できることから、トラックやバス等の大型車を含めて実用化されている。
このようなパラレル式ハイブリッド電気自動車には、図４に示すように、エンジン１の出力軸（エンジン回転軸）に電動機（通常、電動発電機）２が装備され、電動機２の出力軸（エンジン回転軸）にクラッチ３を介して変速機４が接続されたものが開発されている（特許文献１参照）。ここでは、変速機４の出力軸はプロペラシャフト５，ディファレンシャル６，及びドライブシャフト７を介して駆動輪８に接続されている。このような構成の場合、エンジン１，クラッチ３，変速機４の順で動力伝達されるように構成された既存のパワートレインのエンジン１の回転軸に、電動機２を追加するだけで、パラレル式ハイブリッド電気自動車を構成することができる。
【０００３】
特に、トラックやバス等の大型車の場合、通常、手動変速機の入力軸に手動クラッチを介してエンジンの出力軸が接続されるため、手動変速機及び手動クラッチについては既存のものを利用しながら、エンジンの出力軸部分に電動機を追加するだけで構成できるのは、コストメリットが大きい。ただし、エンジンと電動機とは同一軸で接続されこれらを切り離すことができないため、運転パターンが制約される。逆に言えば、運転パターンが制約されるため、変速機やクラッチを自動にするメリットも少ない。
【０００４】
一方、図５に示すように、エンジン１の出力軸にクラッチ３を介して電動機２の回転軸が装備され、電動機２の回転軸に変速機４の入力軸が直結されたものも開発されている（特許文献２参照）。この場合も、変速機４の出力軸はプロペラシャフト５，ディファレンシャル６，及びドライブシャフト７を介して駆動輪８に接続されている。このような構成の場合、クラッチ３と変速機４の間に電動機２を装備するため、既存のパワートレインに対する構成変更は大きい。しかし、エンジン１と電動機２とを切り離して、電動機２のみの駆動力で走行することが可能となるため、様々な運転パターンを実現することができ、これによるメリットが生じる。例えば、エンジン１を用いないで静かで滑らかに始動することや、エンジンブレーキを生じさせないで電動機２を発電状態とする回生制動のみを生じさせて回生効率を上げることなどが可能になる。変速機やクラッチを自動にすることによりこのメリットをより生かすことができる。
【０００５】
ところで、いずれの構成のパラレル式ハイブリッド電気自動車も、要求される車両駆動トルク（負荷トルク）をエンジン１と電動機２とで分担するため、エンジン１及び電動機２の出力制御が必要になる。
図４のエンジン１と電動機２とが同一軸で接続された構成に関する特許文献１には、要求される車両駆動トルクに対してバッテリの充電率（残存容量）に応じた一定の割合でエンジン出力と電動機出力とで分担させる技術が記載されている。つまり、通常はエンジン１と電動機２とで負荷トルクを５０％ずつ分担し、バッテリの充電率が少なくなったらエンジン１の負荷トルクの分担を７５％として電動機２の分担を２５％に減らしている。
【０００６】
図５のエンジン１と電動機２との間にクラッチ３が介装された構成の特許文献２のものでは、変速機４には機械式自動変速機４Ａが、クラッチ３には電動モータで駆動される自動クラッチ３Ａが、それぞれ採用され、エンジン１と電動機２と機械式自動変速機４Ａと自動クラッチ３Ａとが連携して制御される。また、バッテリ充電率が十分あれば、発進時に車両駆動に要求される要求トルクを電動機２により発生可能なトルクを可能な限り用いるようにしている。
【０００７】
前述のように、図５の構成のものは、電動機２のみの駆動力で走行することも可能であり、様々な制御パターンを実現できることから、トラックやバス等の大型車の場合、上記の特許文献２のもののように、変速機４には機械式自動変速機４Ａを、クラッチ３には電動モータで駆動される自動クラッチ３Ａを、それぞれ用いて、これらをエンジン１及び電動機２と連携して制御し、エンジン１と電動機２との間にクラッチ３が介装された優位性を有効に利用している。
【０００８】
しかしながら、機械式自動変速機や自動クラッチは、マニュアル式変速機やマニュアル式クラッチに比較して大幅なコスト増を招く。このため、マニュアル式変速機やマニュアル式クラッチを利用しながら、より低コストで製造でき、エンジンと電動機との間にクラッチが介装された方式の利点を得ることができるパラレル式ハイブリッド電気自動車の開発も要望される。
【０００９】
なお、特許文献３には、手動変速装置を搭載した車両をハイブリッド化した技術が記載されている。この技術では、ギヤを抜くときには、エンジンのトルクと同じ大きさで逆向きのトルクを発生させ、ギヤを入れるときには、手動変速装置の入力軸回転数を要求するギヤ段に応じた回転数にするように、電動発電機の運転状態を制御することにより、エンジン及び電動発電機及び手動変速装置の入力軸を直結した状態で手動変速操作に対応できるようにしている。
【００１０】
この技術では、エンジンと電動発電機との間、或いは、電動発電機と手動変速装置との間にクラッチは必須ではないが、これらの各間に、いずれもクラッチを介装した構成も記載されている（特許文献３の図８）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特開２００２−２５２９０４号公報
【特許文献２】特開２００７−２６１４１５号公報
【特許文献３】特開２００１−３５２６０５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
上述の特許文献３の技術では、手動変速装置を搭載した車両をハイブリッド化しているが、特に、変速機だけでなくクラッチにもマニュアル式のものを用いる場合を考慮した技術は記載されていない。
前述のように、パラレル式ハイブリッド電気自動車をより様々な運転パターンを実現できるようにしながらより低コストに製造するには、図５に示すものにおいて、変速機だけでなくクラッチにもマニュアル式のものを用いて、エンジン１と電動機２との間にマニュアル式のクラッチ３を介装し、電動機２とマニュアル式の変速機４との間は直結した構成としながら、エンジン１と電動機２との間にクラッチ３が介在する利点をより有効にできるようなエンジン１や電動機２の制御が必要になる。
【００１３】
本発明は、かかる課題を解決すべく創案されたものであり、ハイブリッド電気自動車を低コストで製造できるようにしながら、エンジンと電動機とをより効率よく作動させることができるようにした、パラレル式ハイブリッド電気自動車の制御装置を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明は、上述の目的を達成すべく創案されたものであって、本発明のパラレル式ハイブリッド電気自動車の制御装置は、車両に搭載されたエンジンと、前記車両に搭載された電動発電機と、前記エンジンの出力軸と前記電動発電機の回転軸との間に介装されたマニュアル式のクラッチと、前記電動発電機と駆動輪との間に介装され、前記電動発電機の回転軸に入力軸を結合されて、前記エンジン及び／又は前記電動発電機の駆動力を前記駆動輪に伝達するマニュアル式変速機と、前記電動発電機が電動機として作動するときに前記電動発電機に電力を供給し、前記電動発電機が発電機として作動するときに前記電動発電機の発電電力が充電されるバッテリと、を備えたパラレル式ハイブリッド電気自動車の制御装置であって、前記クラッチの操作状態を検出するクラッチ状態検出手段と、前記車両のアクセルの操作状態を検出するアクセル状態検出手段と、前記バッテリの充電率を検出する充電率検出手段と、前記クラッチ状態検出手段により検出された前記クラッチの操作状態と、前記アクセル状態検出手段により検出された前記アクセルの操作状態と、前記充電率検出手段により検出された前記バッテリの充電率とに基づいて、前記電動発電機が発生すべき電動機トルクを算出し、該電動機トルクが発生するように前記電動発電機を制御する制御手段と、を備えていることを特徴としている。
【００１５】
前記制御手段は、前記クラッチの操作状態に基づいてクラッチ対応トルク係数を設定し、前記アクセルペダルの操作状態に基づいてアクセル対応トルク係数を設定し、前記バッテリの充電率に基づいて充電率対応トルク係数を設定し、前記電動発電機が発生しうる最大トルクに対して、前記クラッチ対応トルク係数，前記アクセル対応トルク係数，及び前記充電率対応トルク係数を何れも乗算することにより、前記電動機トルクを算出することが好ましい。
【００１６】
この場合、前記アクセル対応トルク係数は、前記アクセルが非操作状態であっても０にならないように設定されていることが好ましい。
また、前記制御手段は、前記アクセルペダルの踏み込み状態に基づいて車両要求トルクを算出し、前記電動機トルクでは前記車両要求トルクが不足する場合には、該不足する分のエンジントルクが発生するように前記エンジンを制御することが好ましい。
【発明の効果】
【００１７】
本発明にかかるパラレル式ハイブリッド電気自動車によれば、マニュアル式のクラッチが接続されると、エンジンと電動発電機との双方の出力トルクがマニュアル式変速機を介して変速され駆動輪に伝達される。このため、エンジン及び電動発電機の両出力トルクを利用して大きな車両駆動力を確保することができる。
一方、マニュアル式のクラッチが解放されると、エンジンと電動発電機との間の動力伝達は遮断され、電動発電機のみがマニュアル式変速機を介して変速され駆動輪と駆動連結される。したがって、例えば発進時に、クラッチを解放して電動発電機のみの出力トルクを利用してエンジンを作動させないで静かに且つ排ガスを放出しないで発進することが可能になる。また、例えば制動時に、クラッチを解放してエンジンブレーキを作動させないで電動発電機を発電機とした発電負荷により大きな回生制動力を発揮させて最大限エネルギ回収しながら制動することが可能になる。
【００１８】
そして、本発明のパラレル式ハイブリッド電気自動車の制御装置によれば、制御手段が、クラッチの操作状態と、アクセルの操作状態と、バッテリの充電率とに基づいて、電動発電機が発生すべき電動機トルクを算出し、この電動機トルクが発生するように電動発電機を制御するので、効率良く且つフィーリング良く、電動発電機を電動機として作動させることが可能になる。
【００１９】
つまり、通常のエンジンのみを備えた車両では、エンジンから駆動輪の側に出力される駆動トルクは、クラッチが操作される（解放操作）とその操作状態に応じて変化する。これに対して、本ハイブリッド電気自動車は、電動発電機の回転軸がマニュアル式変速機の入力軸に結合されているので、電動発電機の駆動トルクが発生していると、クラッチを操作しても、マニュアル式変速機がニュートラル状態でない限りは、電動機トルクがそのままマニュアル式変速機を介して駆動輪の側に出力されてしまい、違和感を与える。
【００２０】
この点、クラッチ操作状態に応じて、例えばクラッチが切り離し側に操作されるほど電動機トルクが小さくなるように設定することにより、駆動輪の側に出力されるトルクを通常のエンジンのみを備えた車両と同様に変化させることができ、通常のエンジンのみを備えた車両と同様なトルクフィーリングとなる。同時に、不要な電動機トルクを抑えることにもなる。
【００２１】
また、アクセルの操作状態に応じて、例えばアクセルがトルク要求側に操作されるほど電動機トルクが大きくなるように設定することにより、電動機トルクを適切な大きさに設定することができ、効率良く且つフィーリング良く、電動発電機を電動機として作動させることが可能になる。
さらに、バッテリの充電率に応じて、例えばバッテリの充電率が小さくなるほど、電動機トルクが小さくなるように設定することにより、バッテリの充電率の過剰な低下を抑えて、バッテリの保護を図りながら電動機トルクを利用することが可能になる。
【００２２】
また、クラッチの操作状態に基づくクラッチ対応トルク係数、アクセルペダルの操作状態に基づくアクセル対応トルク係数、バッテリの充電率に基づく充電率対応トルク係数をそれぞれ設定し、電動発電機が発生しうる最大トルクに対して各係数を何れも乗算することにより電動機トルクを算出すれば、シンプルなロジックで容易に且つ適切に電動機トルクを算出することができる。
【００２３】
アクセル対応トルク係数は、アクセルが非操作状態であっても０にならないように設定することにより、アクセル操作なしにクラッチ操作のみで微速走行を行なうことができ、例えば渋滞の微速走行を容易に行なうことができ、発進時の微動操作性も向上する。
さらに、アクセルペダルの踏み込み状態に基づいて車両要求トルクを算出し、電動機トルクでは車両要求トルクが不足する場合には、不足する分だけエンジントルクが発生するようにエンジンを制御することにより、ドライバのトルク要求に応じた車両の駆動トルクを発生させることができ、車両のドライバビリティを向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の一実施形態の係るパラレル式ハイブリッド電気自動車の制御装置をパワートレインと共に示す模式的な構成図である。
【図２】本発明の一実施形態の係るパラレル式ハイブリッド電気自動車の制御装置の機能構成を説明するブロック図である。
【図３】本発明の一実施形態の係るクラッチストロークを説明する図である。
【図４】従来の第１のパラレル式ハイブリッド電気自動車のパワートレインの模式的な構成図である。
【図５】従来の第２のパラレル式ハイブリッド電気自動車のパワートレインの模式的な構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下、図面により、本発明の一実施形態に係るパラレル式ハイブリッド自動車の制御装置について説明する。
〔車両のパワートレインの構成〕
図１は本実施形態に係るパラレル式ハイブリッド電気自動車の制御装置をパワートレインと共に示す模式的な構成図である。図１に示すように、本ハイブリッド自動車は、エンジン（原動機）１１の出力軸（回転軸）１１ａにクラッチ１３を介して電動発電機（以下、単に「電動機」とも言う）１２の回転軸１２ａが装備され、電動機１２の回転軸１２ａに変速機１４の入力軸１４ａが直結されたパラレル式ハイブリッド自動車として構成されている。また、クラッチ１３にはマニュアル式クラッチが、変速機１４にはマニュアル式変速機が、それぞれ用いられている。また、変速機１４の出力軸１４ｂはプロペラシャフト１５，ディファレンシャル１６，及びドライブシャフト１７を介して左右の駆動輪１８に接続されている。
【００２６】
したがって、クラッチ１３が接続されているときには、エンジン１１の出力軸１１ａと電動機１２の回転軸１２ａの双方が駆動輪１８と機械的に接続され、クラッチ１３が切断されているときには電動機１２の回転軸１２ａのみが駆動輪１８と機械的に接続された状態となる。
電動機１２は、バッテリ１９に蓄えられた直流電力がインバータ２０によって交流電力に変換されて供給されることにより電動機（モータ）として作動し、その駆動力が変速機１４によって適切な速度に変速された後に駆動輪１８に伝達される。また、車両減速時には、電動機１２が発電機として作動し、駆動輪１８の回転による運動エネルギが変速機１４を介し電動機１２に伝達されて交流電力に変換されることにより回生制動力を発生する。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１９に充電され、駆動輪１８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。
【００２７】
一方、エンジン１１の駆動力は、クラッチ１３が接続されているときに電動機１２の回転軸１２ａを経由して変速機１４に伝達され、適切な速度に変速された後に駆動輪１８に伝達されるようになっている。従って、エンジン１１の駆動力が駆動輪１８に伝達されているときに電動機１２がモータとして作動する場合には、エンジン１１の駆動力と電動機１３の駆動力とがそれぞれ駆動輪１８に伝達される。即ち、車両の駆動のために駆動輪１８に伝達されるべき駆動トルクの一部がエンジン１１から供給されると共に、残部が電動機１２から供給される。
【００２８】
また、バッテリ１９の充電率（以下ＳＯＣという）が低下してバッテリ１９を充電する必要があるときには、電動機１２が発電機として作動すると共に、エンジン１１の駆動力の一部を用いて電動機１２を駆動することにより発電が行われ、発電された交流電力をインバータ２０によって直流電力に変換した後にバッテリ１９に充電する。
【００２９】
〔パワートレインにかかる制御系統の構成〕
エンジン１１を制御するためにエンジンＥＣＵ２１が、インバータ２０を制御するためにインバータＥＣＵ２２が、バッテリ１を制御するためにバッテリＥＣＵ２３がそれぞれ設けられ、これらのエンジンＥＣＵ２１，インバータＥＣＵ２２，及びバッテリＥＣＵ２３を通じて車両を統合制御するために、車両ＥＣＵ２４が設けられている。なお、各ＥＣＵ２１〜２４は、メモリ（ＲＯＭ，ＲＡＭ）及びＣＰＵ等で構成されるコンピュータである。
【００３０】
車両ＥＣＵ（制御手段）２４は、車両やエンジン１１の運転状態、及びエンジンＥＣＵ２１、インバータＥＣＵ２２並びにバッテリＥＣＵ２３からの情報などに応じて、これらの制御状態や車両の発進、加速、減速など様々な運転状態に合わせてエンジン１１や電動機１２を適切に運転するための統合制御を行なう。
この際、車両ＥＣＵ２４は、エンジン１１が発生すべきトルク（エンジントルク）及び電動機１２が発生すべきトルク（電動機トルク）を設定する。なお、電動機１２が発生すべきトルクは、電動機１２をモータ作動させる場合には正の値となり、発電機作動させる場合には負の値となる。
【００３１】
エンジンＥＣＵ２１は、エンジン１１の始動・停止制御やアイドル制御、或いは排ガス浄化装置（図示せず）の再生制御など、エンジン１１自体の運転に必要な各種制御を行うと共に、車両ＥＣＵ２４によって設定されたエンジン１１に必要とされるトルク（エンジントルク）をエンジン１１が発生するよう、エンジン１１の燃料の噴射量や噴射時期などを制御する。
【００３２】
インバータＥＣＵ２２は、車両ＥＣＵ２４によって設定された電動機１２が発生すべきトルク（電動機トルク）に基づきインバータ２０を制御することにより、電動機１２をモータ作動または発電機作動させて運転制御する。
バッテリＥＣＵ（バッテリ充電率検出手段）２３は、バッテリ１９の温度や、バッテリ１９の電圧、インバータ２０とバッテリ１９との間に流れる電流などを検出すると共に、これらの検出結果からバッテリ１９のＳＯＣを求め、求めたＳＯＣを検出結果と共に車両ＥＣＵ２４に送出する。
【００３３】
また、アクセルの操作状態、即ち、アクセルペダル３１の踏み込み量（アクセル開度）ＡＰを検出するアクセルペダルポジションセンサ（アクセル状態検出手段、以下、「ＡＰＳ」とも言う）３１ａと、クラッチの操作状態、即ち、クラッチペダル３２の踏み込み量（クラッチストローク）ＣＳを検出するクラッチストロークセンサ（クラッチ状態検出手段）３２ａとが、更に備えられており、ＡＰＳ３１ａ及びクラッチストロークセンサ３２ａから各検出情報と、バッテリ充電率検出手段としてのバッテリＥＣＵ２３からのＳＯＣ情報とが、車両ＥＣＵ２４に送られるようになっている。
【００３４】
車両ＥＣＵ２４では、車両の駆動時には、図１，２に示すように、アクセル開度ＡＰと、クラッチストロークＣＳと、充電率ＳＯＣとに基づいて、電動機トルクＴｍ及びエンジントルクＴｅを算出し、算出した各トルクをエンジンＥＣＵ２１及びインバータＥＣＵ２２に出力する。
ここで、車両ＥＣＵ２４による電動機トルクＴｍ及びエンジントルクＴｅの算出について説明する。車両ＥＣＵ２４は、アクセル開度ＡＰに基づいて、アクセル開度ＡＰの増大に対応して（例えば比例するように）車両に必要なトルク（車両要求トルク）Ｔａを算出する機能要素（車両要求トルク算出部）２４ａを備えている。
【００３５】
また、車両ＥＣＵ２４では、電動機１２が発生しうる最大トルクＴｍMAXと、クラッチストロークＣＳと、アクセル開度ＡＰと、充電率ＳＯＣとに基づいて、電動機トルクＴｍを算出する。つまり、車両ＥＣＵ２４は、クラッチストロークＣＳの増大に応じて（即ち、クラッチペダルが踏み込まれ、クラッチが切り離し側への操作量が増大するのに応じて）減少するクラッチ対応トルク係数ＣCSを算出する機能要素（クラッチ対応トルク係数算出部）２４ｂと、アクセル開度ＡＰに基づいてアクセル開度ＡＰの増大に応じて増大するアクセル対応トルク係数ＣAPを算出する機能要素（アクセル対応トルク係数算出部）２４ｃと、充電率ＳＯＣの減少に応じて減少する充電率対応トルク係数ＣSOCを算出する機能要素（充電率対応トルク係数算出部）２４ｄと、を備えている。
【００３６】
なお、クラッチ対応トルク係数ＣCSについては、クラッチストロークＣＳが０％（最大踏み込み量）のときに「１」とされ、クラッチストロークＣＳが大きくなる（即ち、クラッチペダル３２が踏み込まれ、クラッチの係合が弱まっていく）にしたがって減少し、クラッチストロークＣＳが１００％（最大踏み込み量）のときに「０」となるように設定されている。
【００３７】
ただし、クラッチストロークＣＳが０％の付近及び１００％の付近には「遊び」が設けられており、実際には、クラッチペダル３２が僅かだけ踏み込まれた場合には、クラッチ１３は完全係合状態を保持し、クラッチペダル３２が最大まで踏み込まれる前にクラッチ１３は係合を完全に解除された状態になる。そこで、クラッチストロークセンサ３２ａもこれと対応するように、クラッチペダル３２が僅かだけ踏み込まれてもクラッチ１３は完全係合状態を保持する領域は、クラッチストロークＣＳとして０％を出力し、クラッチペダル３２の最大ストロークよりも所定量だけ手前からクラッチストロークＣＳとして１００％を出力する。なお、クラッチストロークＣＳについては更に後述する。
【００３８】
また、アクセル対応トルク係数ＣAPについては、アクセルペダル３１が踏み込まれなければ「０」、アクセルペダル３１が踏み込まれていくに従って増加し、アクセルペダル３１が最大踏み込み量の近傍まで踏み込まれると「１」とされる。この場合も、アクセル開度の最小領域（開度０％）及び最大領域（開度１００％）には「遊び」が設けられ、アクセルペダル３１が僅かに踏み込まれただけではアクセル対応トルク係数ＣAPは「０」、アクセルペダル３１が最大踏み込み量に達する僅かに手前で「１」とされる。
【００３９】
なお、アクセル操作に対応したトルク補正は、アクセル操作が少ないほど電動機トルクを制限すると見ることができるので、このような観点からは、アクセル対応トルク係数ＣAPに対応する係数（１−ＣAP）をトルク制限係数と呼ぶこともできる。
充電率対応トルク係数ＣSOCについては、バッテリ１６が満充電のＳＯＣを１００％とすると、バッテリのＳＯＣが例えば３０％以下の領域では、バッテリ１９が過放電状態であるため、バッテリ１９の放電不可の領域として、充電率対応トルク係数ＣSOCを「０」とする。また、バッテリ１９のＳＯＣが例えば７０％以上の領域では、バッテリ１９が過充電状態となる可能性があるため、バッテリ１９を放電すべき領域として、充電率対応トルク係数ＣSOCを「１」とする。ＳＯＣが３０％から７０％の間にある場合、ＳＯＣが大きくなるほど充電率対応トルク係数ＣSOCを大きくする。
【００４０】
そして、車両ＥＣＵ２４は、下式（１）に示すように、電動機１２が発生しうる最大トルクＴｍMAXに、これらの各係数ＣCS，ＣAP，ＣSOCを乗算して、電動機トルク算出値ＴｍCを算出する機能要素（電動機トルク算出部）２４ｅを更に備えている。なお、電動機１２が発生しうる最大トルクＴｍMAXは電動機１２の使用により既知の値である。
ＴｍC＝ＴｍMAX×ＣCS×ＣAP×ＣSOC ・・・（１）
さらに、車両ＥＣＵ２４は、電動機トルクＴｍ及びエンジントルクＴｅを設定する機能（トルク設定部）２４ｆを備え、トルク設定部２４ｆでは、電動機トルク算出値ＴｍCを車両要求トルクＴａと比較して、電動機トルク算出値ＴｍCが車両要求トルクＴａを上回る場合には、電動機トルクＴｍを車両要求トルクＴａに制限し（Ｔｍ＝Ｔａ）、電動機トルク算出値ＴｍCが車両要求トルクＴａを上回らない場合には、電動機算出値トルクＴｍCを電動機トルクＴｍに設定する（Ｔｍ＝ＴｍC）。
【００４１】
また、トルク設定部２４ｆでは、電動機トルク算出値ＴｍCが車両要求トルクＴａを上回らない場合には、車両要求トルクＴａからこのとき設定される電動機トルクＴｍ（＝ＴｍC）を減算した値をエンジントルクＴｅ（＝Ｔａ−Ｔｍ）とする。
なお、バッテリ１９のＳＯＣが十分にある（例えば７０％以上）ことを前提条件に、アクセル開度ＡＰが予め設定された所定開度ＡＰ０以下である場合に要求される車両要求トルクＴａについては、通常、電動機トルク算出値ＴｍCがこの車両要求トルクＴａを満たすものとする。
【００４２】
このように、車両ＥＣＵ２４によって設定された電動機トルクＴｍはインバータＥＣＵ２２に出力され、設定された電動機トルクＴｍが発生するようにインバータＥＣＵ２２が電動機１２を制御する。また、車両ＥＣＵ２４によって設定されたエンジントルクＴｅはエンジンＥＣＵ２１に出力され、設定されたエンジントルクＴｅが発生するようにエンジンＥＣＵ２１がエンジン１１を制御する。
【００４３】
ところで、本実施形態では、クラッチペダル３２の最大踏み込み領域付近に、従来の「遊び」に更なる「遊び」が設けられている。つまり、クラッチペダルは踏み込み量（即ち、クラッチストロークＣＳ）が０の完全結合した状態（完全係合状態）から踏み込んでいくと（即ち、クラッチストロークＣＳを与えていくと）、完全結合から滑りを伴って係合する半クラッチ状態（半係合状態）になり、更に、クラッチストロークＣＳが大きくなるほど、半クラッチ状態のすべりが大きくなって、やがて結合が完全に解除された状態（係合解除状態、又は、クラッチ断状態）になる。
【００４４】
通常、このように係合解除状態まで踏み込んでも更にある程度クラッチペダルを踏み込めるように「遊び」が設けられ、クラッチの経時的な変化に対してもクラッチ断の状態を確実に実現できるように設定されているが、本実施形態では、図３に示すように、この「遊び」の領域を通常よりも拡大しており、この「遊び」の領域をドライバが使用して特定の運転操作ができるようになっている。
【００４５】
つまり、クラッチストロークセンサ３２ａは、この追加した「遊び」の領域では、実際には、クラッチ１３は係合解除状態にあるもののクラッチストローク１００％よりも少ないものとして、この追加した「遊び」の領域から従来から設けられている「遊び分」の領域に達したところで、クラッチストローク１００％を出力するように設定されている。したがって、この追加した「遊び」の領域では、クラッチストロークが１００％未満になって、クラッチ対応トルク係数ＣCSが０よりも大の値として発生する。
【００４６】
なお、この追加した「遊び」の領域に対応したクラッチストロークは例えば７０〜１００％とする。そして、このクラッチストロークがこの追加した「遊び」の領域に対応した値（７０〜１００％）にある時には、車両ＥＣＵ２４は、エンジン１１を停止若しくはアイドリング運転とするように、エンジンＥＣＵ２１に制御信号を出力する。この場合、例えば、ＳＯＣが十分にあること（ＳＯＣが７０％以上）を前提条件に、アクセル開度ＡＰが予め設定された所定開度ＡＰ１以下で且つアクセル開度増加量（単位時間当たりの増加量）ΔＡＰが予め設定された所定増加量ΔＡＰ０以下の場合には、エンジン１１を停止し、そうでなければ、エンジン１１をアイドリング運転とすることが考えられる。この場合の所定開度ＡＰ１は、前述の所定開度ＡＰ０と同一若しくは前述の所定開度ＡＰ０よりも小さな値とする。
【００４７】
なお、車両ＥＣＵ２４では、車両の制動時には、ブレーキ操作（例えば、ブレーキペダルの踏み込み操作やブレーキ液圧等）を検出する図示しないブレーキセンサからの情報に基づいて制動操作中であることを検知し、制動操作中には、インバータＥＣＵ２２を通じて、電動機１２を発電機作動させて、ブレーキ操作量（例えば、ブレーキペダルの踏み込み量）を検出する図示しないブレーキ操作量センサからの情報に基づいて、ブレーキ操作量に応じた回生制動力を発生させる。この際、回生制動で得られる発電電力によりバッテリ１９を充電する。
【００４８】
また、この車両の制動時に、ブレーキ操作と共に、クラッチ１３の操作をすると、クラッチ１３に滑りが発生するとその滑り分だけエンジンブレーキは利かなくなり、クラッチ１３の係合が完全に解除されると、エンジンブレーキは全く利かなくなる。車両ＥＣＵ２４では、このように、ブレーキ操作中にクラッチ１３の操作がされると、そのクラッチストロークＣＳに応じて生じるエンジンブレーキの減少分だけ、回生制動力を増大させるようにインバータＥＣＵ２２を通じて、電動機１２の発電機作動の状態を制御する。クラッチストロークＣＳが、図３に示すような「遊び」の領域（従来の「遊び」の領域及び追加した「遊び」の領域）に調整されれば、クラッチ１３の完全係合時に加えられるエンジンブレーキ分が全て回生制動力に置き換えられるので、より効率よく回生制動が行なわれることになる。
【００４９】
また、車両ＥＣＵ２４では、ＳＯＣが十分な領域（ＳＯＣが７０％以上）よりも低下すると、所定の条件、例えば、車両要求トルクＴａが予め設定された所定値以下で、エンジントルクＴｅのみでも車両要求トルクＴａに対して十分な余裕がある場合において、インバータＥＣＵ２２を通じて、電動機１２を発電機作動させて、エンジントルクＴｅの一部で電動機１２を回転駆動して発電を実施する。これにより得られる発電電力によりバッテリ１９を充電し、ＳＯＣを回復させる。
【００５０】
〔作用〕
本発明の一実施形態に係るパラレル式ハイブリッド自動車の制御装置は、このように構成されるので、車両ＥＣＵ２４をはじめとしたＥＣＵ２１〜２４の制御を通じて、パラレル式ハイブリッド自動車を以下のように運転することができる。
＜発進時＞
本ハイブリッド自動車は、クラッチ１３及び、変速機１４が何れもマニュアル式なので、発進時には、クラッチペダル３２を踏み込んでクラッチ１３を係合解除状態として、変速機１４を発進段に入れて、アクセルペダル３１を踏み込みながら、クラッチペダル３２の踏み込みを徐々に解除していく。このクラッチペダル３２の踏み込みを解除していく際に、上記の追加した「遊び」の領域を利用することにより、クラッチ１３は実際には係合解除状態であって、エンジン１１は電動機１２及び変速機１４と切り離されているが、クラッチ対応トルク係数ＣCSが０よりも大の値として電動機がトルクを発生する。
【００５１】
したがって、クラッチペダル３２をこの追加した「遊び」の領域に調整しながらアクセルペダル３１を踏み込むと、充電率ＳＯＣが確保されている限り、クラッチ対応トルク係数ＣCS，アクセル対応トルク係数ＣAP，充電率対応トルク係数ＣSOCの何れも0よりも大となり、電動機トルク算出値ＴｍCが発生する。これにより、電動機１４に電動機トルク算出値ＴｍCに応じた電動機トルクＴｍが指令され、電動機１４により発生する電動機トルクＴｍによって、エンジントルクＴｅを要することなく発進することができる。
【００５２】
なお、この際、バッテリ１９のＳＯＣが十分にある（例えば７０％以上）場合は、アクセル開度ＡＰを所定開度ＡＰ１よりも大きく操作するか或いはアクセル開度ＡＰを所定増加量ΔＡＰ０よりも大きく急増操作すると、クラッチ１３は係合解除状態であるが、エンジン１１は低負荷トルクを維持するようエンジントルクを制限し、電動機の発生トルクのみ増加させる。また、バッテリ１９のＳＯＣが十分ではない（例えば３０％未満）場合は、アクセル開度ＡＰに関係なく、エンジントルク制限を解除し、通常の車両と同等のエンジントルクを発生させて発進する。
【００５３】
発進時に、クラッチ１３の係合操作と共にアクセル開度ＡＰの増加操作を行なうと、アクセル開度ＡＰが予め設定された所定開度ＡＰ０以上になったあたりで車両要求トルクＴａが大きくなり、電動機トルク算出値ＴｍCがこの車両要求トルクＴａを満たせなくなる。しかし、この時には、事前にアイドリング運転されているエンジン１１が電動機トルク算出値ＴｍCにより車両要求トルクＴａが満たされない分だけのエンジントルクＴｅを発生するように制御されるので、電動機１２とエンジン１１とにより協働して車両要求トルクＴａが発生され、発進時において、可能な限り電動機トルクＴｍを利用しながらドライバのトルク要求に答えることができる。
【００５４】
＜通常走行時＞
発進後の走行中には、必要に応じて変速操作、即ち、変速機の変速段の変更操作を、クラッチ１３及び変速機１４を手動で操作しながら行なう。変更操作を行なわない限り、クラッチ１３は操作されない（クラッチストロークは０％）完全係合状態であり、クラッチ対応トルク係数ＣCSは「１」である。したがって、アクセル対応トルク係数ＣAP及び充電率対応トルク係数ＣSOCに応じて、電動機トルク算出値ＴｍCが算出され、電動機トルクＴｍが設定され、電動機トルクＴｍを出力するように電動機１２が制御される。また、電動機トルクＴｍで車両要求トルクＴａが満たされない場合は、エンジン１１がその差分だけのエンジントルクＴｅを発生するように制御される。これにより、係合状態のクラッチ１３を通じてエンジントルクＴｅ及び電動機トルクＴｍが変速機１４を介して所定の速度比で回転速度を変速されて駆動輪１８に伝達される。電動機トルク算出値ＴｍCが車両要求トルクＴａを満たせば、エンジン１１は、前述のように停止又はアイドリング運転状態とされる。
【００５５】
また、走行中に、変更操作を行なう時には、まず、クラッチ１３が切り離し操作される。これにより、クラッチ対応トルク係数ＣCSが０となるので、電動機トルク算出値ＴｍCも０となり、電動機トルクＴｍが０となる。つまり、電動機１４は、駆動系に対してトルクを加えることもなく、又、駆動系の負荷となることもない状態に制御される。
次に、変速段の変更操作後に、クラッチ１３が接合されていくが、この時には、クラッチ１３の接合操作と共にクラッチストロークが減少していくので、クラッチ対応トルク係数ＣCSは０から１に近づいていく。したがって、アクセル対応トルク係数ＣAP及び充電率対応トルク係数ＣSOCに応じて、電動機トルク算出値ＴｍCが算出され、電動機トルクＴｍが設定され、電動機トルクＴｍを出力するように電動機１２が制御される。
【００５６】
また、電動機トルク算出値ＴｍCが車両要求トルクＴａを上回らない場合には、車両要求トルクＴａからこのとき設定される電動機トルクＴｍ（＝ＴｍC）を減算した値をエンジントルクＴｅ（＝Ｔａ−Ｔｍ）とし、設定されたエンジントルクＴｅも出力され、係合状態となったクラッチ１３を通じてエンジントルクＴｅ及び電動機トルクＴｍが変速機１４を介して所定の速度比で回転速度を変速されて駆動輪１８に伝達される。電動機トルク算出値ＴｍCが車両要求トルクＴａを満たせば、エンジン１１は、前述のように停止又はアイドリング運転状態とされる。
【００５７】
＜微速走行時（渋滞路走行時）＞
走行する道路が渋滞していて、微速走行と停止とが繰り返される渋滞路走行時には、ドライバは、変速機１４の変速段を低速段に設定して、クラッチ１３を図３に示すような追加した「遊び」の領域に調整しながら、微速走行するにはアクセル操作を行ない、クラッチ１３の係合は解除したままで、クラッチ対応トルク係数ＣCSを０よりも大きくして、クラッチ対応トルク係数ＣCS，アクセル対応トルク係数ＣAP及び充電率対応トルク係数ＣSOCに応じて算出される電動機トルク算出値ＴｍCを電動機トルクＴｍに設定して、電動機トルクＴｍを出力するように電動機１２を制御し、微速走行を行なうことができる。
【００５８】
また、停止したい場合には、クラッチ１３を図３に示すような追加した「遊び」の領域に調整する状態を保持して、アクセル操作を止めてブレーキ操作を行なうことにより、車両を停止させることができる。このときには、アクセル対応トルク係数ＣAPが０となるので、電動機トルク算出値ＴｍC、即ち、電動機トルクＴｍも０となり、電動機１４は、駆動系に対してトルクを加えることもなく、又、駆動系の負荷となることもない状態に制御される。エンジン１１は、前述のように停止又はアイドリング運転状態とされる。
【００５９】
＜通常走行中の制動時＞
前述のように、車両の制動時には、電動機１２を発電機作動させて、ブレーキ操作量に応じた回生制動力を発生させ、この回生制動で得られる発電電力によりバッテリ１９が充電されるが、このとき、ブレーキ操作と共に、クラッチ１３を操作すると、これに応じて生じるエンジンブレーキの減少分だけ回生制動力を増大させるように、電動機１２の発電機作動の状態が制御される。そこで、車両の制動時に、図３に示すような「遊び」の領域（従来の「遊び」の領域及び追加した「遊び」の領域）に調整すれば、クラッチ１３の完全係合時に加えられるエンジンブレーキ分が全て回生制動力に置き換えられるので、回生制動力を最大限増大させてより効率よく回生制動が行なわれ、回生制動により発電した電力をバッテリ１９に充電させることができる。
【００６０】
〔効果〕
このように、クラッチ１３が解放されると、エンジン１１と電動機１２との間の動力伝達は遮断され、電動機１２のみが変速機１４を介して駆動輪１８と駆動連結されるので、上述のように、車両の発進時に、クラッチ１３を解放して電動機１２のみの出力トルク（電動機トルク）を利用してエンジン１１を作動させないで静かに且つ排ガスを放出しない若しくは抑制させて発進することが可能になる。
また、制動時に、クラッチ１３を解放してエンジンブレーキを作動させないで電動機１２を発電機とした発電負荷により大きな回生製動力を発揮させて最大限エネルギ回収しながら制動することが可能になり、エネルギ効率を向上させることができる。
【００６１】
また、クラッチストローク（クラッチ１３の操作状態）ＣＳと、アクセル開度（アクセルの操作状態）ＡＰと、バッテリ１９の充電率ＳＯＣと，に基づいて、電動機トルクＴｍを算出し、この電動機トルクＴｍが発生するように電動機１２を制御するので、効率良く且つフィーリング良く、電動発電機１２を電動機として作動させることが可能になる。
つまり、本ハイブリッド電気自動車は、電動機１２の回転軸１２ａが変速機１４の入力軸１４ａに結合されているので、電動機トルクＴｍが発生していると、クラッチ１３を操作しても、変速機１４がニュートラル状態でない限りは、電動機トルクＴｍがそのまま変速機１４を介して駆動輪１８に出力されてしまい、違和感を与える。しかし、クラッチ操作状態に応じて、クラッチ１３が切り離し側に操作されるほど電動機トルクＴｍが小さくなり、駆動輪２８の側に出力されるトルクを通常のエンジンのみを備えた車両と同様に変化させることができ、通常のエンジンのみを備えた車両と同様なトルクフィーリングとなる。同時に、不要な電動機トルクＴｍを抑えることにもなる。
【００６２】
また、アクセルの操作状態に応じて、アクセルペダルが踏み込まれるほど電動機トルクＴｍが大きくなるので、電動機トルクＴｍを適切な大きさに設定することができ、この点でも、効率良く且つフィーリング良く、電動発電機１２を電動機として作動させることが可能になる。
さらに、バッテリ１９の充電率ＳＯＣに応じて、充電率ＳＯＣが小さくなるほど、電動機トルクＴｍが小さくなるので、バッテリ充電率ＳＯＣの過剰な低下を抑えて、バッテリの保護を図りながら電動機トルクＴｍを利用することが可能になる。
【００６３】
しかも、クラッチ１３の操作状態に基づくクラッチ対応トルク係数ＣCS、アクセルペダル３１の操作状態に基づくアクセル対応トルク係数ＣAP、バッテリ充電率ＳＯＣに基づく充電率対応トルク係数ＣSOCをそれぞれ設定し、電動発電機１２が発生しうる最大トルクＴｍMAXに対して各係数ＣCS，ＣAP，ＣSOCを何れも乗算することにより電動機トルクＴｍCを算出するので、シンプルなロジックで容易に且つ適切に電動機トルクＴｍCを算出することができる。
【００６４】
さらに、アクセルペダル３１の踏み込み状態に基づいて車両要求トルクＴａを算出し、電動機トルクＴｍでは車両要求トルクＴａが不足する場合には、不足する分だけエンジントルクＴｅが発生するようにエンジン１１を制御することにより、電動機トルクＴｍを可能な限り利用しながらドライバのトルク要求に応じた車両の駆動トルクを発生させることができ、車両のドライバビリティを向上させることができる。
【００６５】
しかも、マニュアル式のクラッチ１３とマニュアル式変速機１４とを適用しているので、車両の製造コストを抑えながら、ハイブリッド電気自動車に求められている電動機１２の使用頻度の向上や、これに伴う種々の実用性能の向上を実現することができる。
〔その他〕
以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明はかかる実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、かかる実施の形態を適宜変更して実施しうるものである。
【００６６】
例えば、上記の実施形態では、アクセル対応トルク係数ＣAPについては、アクセルが非操作状態、つまり、アクセル開度ＡＰが０であれば、アクセル対応トルク係数ＣAPは０に設定されるが、アクセルが非操作状態であっても、ブレーキ操作が行なわれない限りは、アクセル対応トルク係数ＣAPを０よりも大きい値（例えば、０．０５）にするように設定してもよい。もちろん、この場合も、アクセル対応トルク係数ＣAPは、アクセルペダル３１が踏み込まれていくに従って増加し、アクセルペダル３１が最大踏み込み量の近傍まで踏み込まれると「１」とされる。
【００６７】
このように構成すれば、アクセル操作しなくても、クラッチストロークＣＳが１００％に達してクラッチ対応トルク係数ＣCSが０になったり、バッテリ１９が過放電状態（バッテリのＳＯＣが例えば３０％以下）となって充電率対応トルク係数ＣSOCが０になったりしない限り、電動機トルク算出値ＴｍCが発生し、電動機トルクＴｍを有効に設定できる。このため、アクセル操作なしにクラッチ操作のみで微速走行を行なうことができ、例えば渋滞の微速走行を容易に行なうことができ、発進時の微動操作性も向上する。
【符号の説明】
【００６８】
１１ エンジン（原動機）
１１ａ エンジン１１の出力軸（回転軸）
１３ マニュアル式クラッチ
１２ 電動発電機（電動機）
１２ａ 電動発電機１２の回転軸
１４ マニュアル式変速機
１４ａ 変速機１４の入力軸
１４ｂ 変速機１４の出力軸
１５ プロペラシャフト
１６ ディファレンシャル
１７ ドライブシャフト
１８ 駆動輪
１９ バッテリ
２０ インバータ
２１ エンジンＥＣＵ
２２ インバータＥＣＵ
２３ バッテリＥＣＵ（バッテリ充電率検出手段）
２４ 車両ＥＣＵ
３１ａ アクセルペダルポジションセンサ（アクセル状態検出手段）
３２ａ クラッチストロークセンサ（クラッチ状態検出手段）
【技術分野】
【０００１】
本発明は、手動変速機を介してエンジン及び電動機の出力トルクを駆動輪に伝達して車両を駆動すること、及び、エンジンを切り離して電動機の出力トルクを駆動輪に伝達して車両を駆動することが可能な、パラレル式ハイブリッド電気自動車に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
エンジン（原動機）及び電動機の両方の出力トルクによって車両を駆動しうるパラレル式ハイブリッド電気自動車が開発されており、シリーズ式のものに比べて車両の駆動トルクを大きく確保できることから、トラックやバス等の大型車を含めて実用化されている。
このようなパラレル式ハイブリッド電気自動車には、図４に示すように、エンジン１の出力軸（エンジン回転軸）に電動機（通常、電動発電機）２が装備され、電動機２の出力軸（エンジン回転軸）にクラッチ３を介して変速機４が接続されたものが開発されている（特許文献１参照）。ここでは、変速機４の出力軸はプロペラシャフト５，ディファレンシャル６，及びドライブシャフト７を介して駆動輪８に接続されている。このような構成の場合、エンジン１，クラッチ３，変速機４の順で動力伝達されるように構成された既存のパワートレインのエンジン１の回転軸に、電動機２を追加するだけで、パラレル式ハイブリッド電気自動車を構成することができる。
【０００３】
特に、トラックやバス等の大型車の場合、通常、手動変速機の入力軸に手動クラッチを介してエンジンの出力軸が接続されるため、手動変速機及び手動クラッチについては既存のものを利用しながら、エンジンの出力軸部分に電動機を追加するだけで構成できるのは、コストメリットが大きい。ただし、エンジンと電動機とは同一軸で接続されこれらを切り離すことができないため、運転パターンが制約される。逆に言えば、運転パターンが制約されるため、変速機やクラッチを自動にするメリットも少ない。
【０００４】
一方、図５に示すように、エンジン１の出力軸にクラッチ３を介して電動機２の回転軸が装備され、電動機２の回転軸に変速機４の入力軸が直結されたものも開発されている（特許文献２参照）。この場合も、変速機４の出力軸はプロペラシャフト５，ディファレンシャル６，及びドライブシャフト７を介して駆動輪８に接続されている。このような構成の場合、クラッチ３と変速機４の間に電動機２を装備するため、既存のパワートレインに対する構成変更は大きい。しかし、エンジン１と電動機２とを切り離して、電動機２のみの駆動力で走行することが可能となるため、様々な運転パターンを実現することができ、これによるメリットが生じる。例えば、エンジン１を用いないで静かで滑らかに始動することや、エンジンブレーキを生じさせないで電動機２を発電状態とする回生制動のみを生じさせて回生効率を上げることなどが可能になる。変速機やクラッチを自動にすることによりこのメリットをより生かすことができる。
【０００５】
ところで、いずれの構成のパラレル式ハイブリッド電気自動車も、要求される車両駆動トルク（負荷トルク）をエンジン１と電動機２とで分担するため、エンジン１及び電動機２の出力制御が必要になる。
図４のエンジン１と電動機２とが同一軸で接続された構成に関する特許文献１には、要求される車両駆動トルクに対してバッテリの充電率（残存容量）に応じた一定の割合でエンジン出力と電動機出力とで分担させる技術が記載されている。つまり、通常はエンジン１と電動機２とで負荷トルクを５０％ずつ分担し、バッテリの充電率が少なくなったらエンジン１の負荷トルクの分担を７５％として電動機２の分担を２５％に減らしている。
【０００６】
図５のエンジン１と電動機２との間にクラッチ３が介装された構成の特許文献２のものでは、変速機４には機械式自動変速機４Ａが、クラッチ３には電動モータで駆動される自動クラッチ３Ａが、それぞれ採用され、エンジン１と電動機２と機械式自動変速機４Ａと自動クラッチ３Ａとが連携して制御される。また、バッテリ充電率が十分あれば、発進時に車両駆動に要求される要求トルクを電動機２により発生可能なトルクを可能な限り用いるようにしている。
【０００７】
前述のように、図５の構成のものは、電動機２のみの駆動力で走行することも可能であり、様々な制御パターンを実現できることから、トラックやバス等の大型車の場合、上記の特許文献２のもののように、変速機４には機械式自動変速機４Ａを、クラッチ３には電動モータで駆動される自動クラッチ３Ａを、それぞれ用いて、これらをエンジン１及び電動機２と連携して制御し、エンジン１と電動機２との間にクラッチ３が介装された優位性を有効に利用している。
【０００８】
しかしながら、機械式自動変速機や自動クラッチは、マニュアル式変速機やマニュアル式クラッチに比較して大幅なコスト増を招く。このため、マニュアル式変速機やマニュアル式クラッチを利用しながら、より低コストで製造でき、エンジンと電動機との間にクラッチが介装された方式の利点を得ることができるパラレル式ハイブリッド電気自動車の開発も要望される。
【０００９】
なお、特許文献３には、手動変速装置を搭載した車両をハイブリッド化した技術が記載されている。この技術では、ギヤを抜くときには、エンジンのトルクと同じ大きさで逆向きのトルクを発生させ、ギヤを入れるときには、手動変速装置の入力軸回転数を要求するギヤ段に応じた回転数にするように、電動発電機の運転状態を制御することにより、エンジン及び電動発電機及び手動変速装置の入力軸を直結した状態で手動変速操作に対応できるようにしている。
【００１０】
この技術では、エンジンと電動発電機との間、或いは、電動発電機と手動変速装置との間にクラッチは必須ではないが、これらの各間に、いずれもクラッチを介装した構成も記載されている（特許文献３の図８）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特開２００２−２５２９０４号公報
【特許文献２】特開２００７−２６１４１５号公報
【特許文献３】特開２００１−３５２６０５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
上述の特許文献３の技術では、手動変速装置を搭載した車両をハイブリッド化しているが、特に、変速機だけでなくクラッチにもマニュアル式のものを用いる場合を考慮した技術は記載されていない。
前述のように、パラレル式ハイブリッド電気自動車をより様々な運転パターンを実現できるようにしながらより低コストに製造するには、図５に示すものにおいて、変速機だけでなくクラッチにもマニュアル式のものを用いて、エンジン１と電動機２との間にマニュアル式のクラッチ３を介装し、電動機２とマニュアル式の変速機４との間は直結した構成としながら、エンジン１と電動機２との間にクラッチ３が介在する利点をより有効にできるようなエンジン１や電動機２の制御が必要になる。
【００１３】
本発明は、かかる課題を解決すべく創案されたものであり、ハイブリッド電気自動車を低コストで製造できるようにしながら、エンジンと電動機とをより効率よく作動させることができるようにした、パラレル式ハイブリッド電気自動車の制御装置を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明は、上述の目的を達成すべく創案されたものであって、本発明のパラレル式ハイブリッド電気自動車の制御装置は、車両に搭載されたエンジンと、前記車両に搭載された電動発電機と、前記エンジンの出力軸と前記電動発電機の回転軸との間に介装されたマニュアル式のクラッチと、前記電動発電機と駆動輪との間に介装され、前記電動発電機の回転軸に入力軸を結合されて、前記エンジン及び／又は前記電動発電機の駆動力を前記駆動輪に伝達するマニュアル式変速機と、前記電動発電機が電動機として作動するときに前記電動発電機に電力を供給し、前記電動発電機が発電機として作動するときに前記電動発電機の発電電力が充電されるバッテリと、を備えたパラレル式ハイブリッド電気自動車の制御装置であって、前記クラッチの操作状態を検出するクラッチ状態検出手段と、前記車両のアクセルの操作状態を検出するアクセル状態検出手段と、前記バッテリの充電率を検出する充電率検出手段と、前記クラッチ状態検出手段により検出された前記クラッチの操作状態と、前記アクセル状態検出手段により検出された前記アクセルの操作状態と、前記充電率検出手段により検出された前記バッテリの充電率とに基づいて、前記電動発電機が発生すべき電動機トルクを算出し、該電動機トルクが発生するように前記電動発電機を制御する制御手段と、を備えていることを特徴としている。
【００１５】
前記制御手段は、前記クラッチの操作状態に基づいてクラッチ対応トルク係数を設定し、前記アクセルペダルの操作状態に基づいてアクセル対応トルク係数を設定し、前記バッテリの充電率に基づいて充電率対応トルク係数を設定し、前記電動発電機が発生しうる最大トルクに対して、前記クラッチ対応トルク係数，前記アクセル対応トルク係数，及び前記充電率対応トルク係数を何れも乗算することにより、前記電動機トルクを算出することが好ましい。
【００１６】
この場合、前記アクセル対応トルク係数は、前記アクセルが非操作状態であっても０にならないように設定されていることが好ましい。
また、前記制御手段は、前記アクセルペダルの踏み込み状態に基づいて車両要求トルクを算出し、前記電動機トルクでは前記車両要求トルクが不足する場合には、該不足する分のエンジントルクが発生するように前記エンジンを制御することが好ましい。
【発明の効果】
【００１７】
本発明にかかるパラレル式ハイブリッド電気自動車によれば、マニュアル式のクラッチが接続されると、エンジンと電動発電機との双方の出力トルクがマニュアル式変速機を介して変速され駆動輪に伝達される。このため、エンジン及び電動発電機の両出力トルクを利用して大きな車両駆動力を確保することができる。
一方、マニュアル式のクラッチが解放されると、エンジンと電動発電機との間の動力伝達は遮断され、電動発電機のみがマニュアル式変速機を介して変速され駆動輪と駆動連結される。したがって、例えば発進時に、クラッチを解放して電動発電機のみの出力トルクを利用してエンジンを作動させないで静かに且つ排ガスを放出しないで発進することが可能になる。また、例えば制動時に、クラッチを解放してエンジンブレーキを作動させないで電動発電機を発電機とした発電負荷により大きな回生制動力を発揮させて最大限エネルギ回収しながら制動することが可能になる。
【００１８】
そして、本発明のパラレル式ハイブリッド電気自動車の制御装置によれば、制御手段が、クラッチの操作状態と、アクセルの操作状態と、バッテリの充電率とに基づいて、電動発電機が発生すべき電動機トルクを算出し、この電動機トルクが発生するように電動発電機を制御するので、効率良く且つフィーリング良く、電動発電機を電動機として作動させることが可能になる。
【００１９】
つまり、通常のエンジンのみを備えた車両では、エンジンから駆動輪の側に出力される駆動トルクは、クラッチが操作される（解放操作）とその操作状態に応じて変化する。これに対して、本ハイブリッド電気自動車は、電動発電機の回転軸がマニュアル式変速機の入力軸に結合されているので、電動発電機の駆動トルクが発生していると、クラッチを操作しても、マニュアル式変速機がニュートラル状態でない限りは、電動機トルクがそのままマニュアル式変速機を介して駆動輪の側に出力されてしまい、違和感を与える。
【００２０】
この点、クラッチ操作状態に応じて、例えばクラッチが切り離し側に操作されるほど電動機トルクが小さくなるように設定することにより、駆動輪の側に出力されるトルクを通常のエンジンのみを備えた車両と同様に変化させることができ、通常のエンジンのみを備えた車両と同様なトルクフィーリングとなる。同時に、不要な電動機トルクを抑えることにもなる。
【００２１】
また、アクセルの操作状態に応じて、例えばアクセルがトルク要求側に操作されるほど電動機トルクが大きくなるように設定することにより、電動機トルクを適切な大きさに設定することができ、効率良く且つフィーリング良く、電動発電機を電動機として作動させることが可能になる。
さらに、バッテリの充電率に応じて、例えばバッテリの充電率が小さくなるほど、電動機トルクが小さくなるように設定することにより、バッテリの充電率の過剰な低下を抑えて、バッテリの保護を図りながら電動機トルクを利用することが可能になる。
【００２２】
また、クラッチの操作状態に基づくクラッチ対応トルク係数、アクセルペダルの操作状態に基づくアクセル対応トルク係数、バッテリの充電率に基づく充電率対応トルク係数をそれぞれ設定し、電動発電機が発生しうる最大トルクに対して各係数を何れも乗算することにより電動機トルクを算出すれば、シンプルなロジックで容易に且つ適切に電動機トルクを算出することができる。
【００２３】
アクセル対応トルク係数は、アクセルが非操作状態であっても０にならないように設定することにより、アクセル操作なしにクラッチ操作のみで微速走行を行なうことができ、例えば渋滞の微速走行を容易に行なうことができ、発進時の微動操作性も向上する。
さらに、アクセルペダルの踏み込み状態に基づいて車両要求トルクを算出し、電動機トルクでは車両要求トルクが不足する場合には、不足する分だけエンジントルクが発生するようにエンジンを制御することにより、ドライバのトルク要求に応じた車両の駆動トルクを発生させることができ、車両のドライバビリティを向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の一実施形態の係るパラレル式ハイブリッド電気自動車の制御装置をパワートレインと共に示す模式的な構成図である。
【図２】本発明の一実施形態の係るパラレル式ハイブリッド電気自動車の制御装置の機能構成を説明するブロック図である。
【図３】本発明の一実施形態の係るクラッチストロークを説明する図である。
【図４】従来の第１のパラレル式ハイブリッド電気自動車のパワートレインの模式的な構成図である。
【図５】従来の第２のパラレル式ハイブリッド電気自動車のパワートレインの模式的な構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下、図面により、本発明の一実施形態に係るパラレル式ハイブリッド自動車の制御装置について説明する。
〔車両のパワートレインの構成〕
図１は本実施形態に係るパラレル式ハイブリッド電気自動車の制御装置をパワートレインと共に示す模式的な構成図である。図１に示すように、本ハイブリッド自動車は、エンジン（原動機）１１の出力軸（回転軸）１１ａにクラッチ１３を介して電動発電機（以下、単に「電動機」とも言う）１２の回転軸１２ａが装備され、電動機１２の回転軸１２ａに変速機１４の入力軸１４ａが直結されたパラレル式ハイブリッド自動車として構成されている。また、クラッチ１３にはマニュアル式クラッチが、変速機１４にはマニュアル式変速機が、それぞれ用いられている。また、変速機１４の出力軸１４ｂはプロペラシャフト１５，ディファレンシャル１６，及びドライブシャフト１７を介して左右の駆動輪１８に接続されている。
【００２６】
したがって、クラッチ１３が接続されているときには、エンジン１１の出力軸１１ａと電動機１２の回転軸１２ａの双方が駆動輪１８と機械的に接続され、クラッチ１３が切断されているときには電動機１２の回転軸１２ａのみが駆動輪１８と機械的に接続された状態となる。
電動機１２は、バッテリ１９に蓄えられた直流電力がインバータ２０によって交流電力に変換されて供給されることにより電動機（モータ）として作動し、その駆動力が変速機１４によって適切な速度に変速された後に駆動輪１８に伝達される。また、車両減速時には、電動機１２が発電機として作動し、駆動輪１８の回転による運動エネルギが変速機１４を介し電動機１２に伝達されて交流電力に変換されることにより回生制動力を発生する。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１９に充電され、駆動輪１８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。
【００２７】
一方、エンジン１１の駆動力は、クラッチ１３が接続されているときに電動機１２の回転軸１２ａを経由して変速機１４に伝達され、適切な速度に変速された後に駆動輪１８に伝達されるようになっている。従って、エンジン１１の駆動力が駆動輪１８に伝達されているときに電動機１２がモータとして作動する場合には、エンジン１１の駆動力と電動機１３の駆動力とがそれぞれ駆動輪１８に伝達される。即ち、車両の駆動のために駆動輪１８に伝達されるべき駆動トルクの一部がエンジン１１から供給されると共に、残部が電動機１２から供給される。
【００２８】
また、バッテリ１９の充電率（以下ＳＯＣという）が低下してバッテリ１９を充電する必要があるときには、電動機１２が発電機として作動すると共に、エンジン１１の駆動力の一部を用いて電動機１２を駆動することにより発電が行われ、発電された交流電力をインバータ２０によって直流電力に変換した後にバッテリ１９に充電する。
【００２９】
〔パワートレインにかかる制御系統の構成〕
エンジン１１を制御するためにエンジンＥＣＵ２１が、インバータ２０を制御するためにインバータＥＣＵ２２が、バッテリ１を制御するためにバッテリＥＣＵ２３がそれぞれ設けられ、これらのエンジンＥＣＵ２１，インバータＥＣＵ２２，及びバッテリＥＣＵ２３を通じて車両を統合制御するために、車両ＥＣＵ２４が設けられている。なお、各ＥＣＵ２１〜２４は、メモリ（ＲＯＭ，ＲＡＭ）及びＣＰＵ等で構成されるコンピュータである。
【００３０】
車両ＥＣＵ（制御手段）２４は、車両やエンジン１１の運転状態、及びエンジンＥＣＵ２１、インバータＥＣＵ２２並びにバッテリＥＣＵ２３からの情報などに応じて、これらの制御状態や車両の発進、加速、減速など様々な運転状態に合わせてエンジン１１や電動機１２を適切に運転するための統合制御を行なう。
この際、車両ＥＣＵ２４は、エンジン１１が発生すべきトルク（エンジントルク）及び電動機１２が発生すべきトルク（電動機トルク）を設定する。なお、電動機１２が発生すべきトルクは、電動機１２をモータ作動させる場合には正の値となり、発電機作動させる場合には負の値となる。
【００３１】
エンジンＥＣＵ２１は、エンジン１１の始動・停止制御やアイドル制御、或いは排ガス浄化装置（図示せず）の再生制御など、エンジン１１自体の運転に必要な各種制御を行うと共に、車両ＥＣＵ２４によって設定されたエンジン１１に必要とされるトルク（エンジントルク）をエンジン１１が発生するよう、エンジン１１の燃料の噴射量や噴射時期などを制御する。
【００３２】
インバータＥＣＵ２２は、車両ＥＣＵ２４によって設定された電動機１２が発生すべきトルク（電動機トルク）に基づきインバータ２０を制御することにより、電動機１２をモータ作動または発電機作動させて運転制御する。
バッテリＥＣＵ（バッテリ充電率検出手段）２３は、バッテリ１９の温度や、バッテリ１９の電圧、インバータ２０とバッテリ１９との間に流れる電流などを検出すると共に、これらの検出結果からバッテリ１９のＳＯＣを求め、求めたＳＯＣを検出結果と共に車両ＥＣＵ２４に送出する。
【００３３】
また、アクセルの操作状態、即ち、アクセルペダル３１の踏み込み量（アクセル開度）ＡＰを検出するアクセルペダルポジションセンサ（アクセル状態検出手段、以下、「ＡＰＳ」とも言う）３１ａと、クラッチの操作状態、即ち、クラッチペダル３２の踏み込み量（クラッチストローク）ＣＳを検出するクラッチストロークセンサ（クラッチ状態検出手段）３２ａとが、更に備えられており、ＡＰＳ３１ａ及びクラッチストロークセンサ３２ａから各検出情報と、バッテリ充電率検出手段としてのバッテリＥＣＵ２３からのＳＯＣ情報とが、車両ＥＣＵ２４に送られるようになっている。
【００３４】
車両ＥＣＵ２４では、車両の駆動時には、図１，２に示すように、アクセル開度ＡＰと、クラッチストロークＣＳと、充電率ＳＯＣとに基づいて、電動機トルクＴｍ及びエンジントルクＴｅを算出し、算出した各トルクをエンジンＥＣＵ２１及びインバータＥＣＵ２２に出力する。
ここで、車両ＥＣＵ２４による電動機トルクＴｍ及びエンジントルクＴｅの算出について説明する。車両ＥＣＵ２４は、アクセル開度ＡＰに基づいて、アクセル開度ＡＰの増大に対応して（例えば比例するように）車両に必要なトルク（車両要求トルク）Ｔａを算出する機能要素（車両要求トルク算出部）２４ａを備えている。
【００３５】
また、車両ＥＣＵ２４では、電動機１２が発生しうる最大トルクＴｍMAXと、クラッチストロークＣＳと、アクセル開度ＡＰと、充電率ＳＯＣとに基づいて、電動機トルクＴｍを算出する。つまり、車両ＥＣＵ２４は、クラッチストロークＣＳの増大に応じて（即ち、クラッチペダルが踏み込まれ、クラッチが切り離し側への操作量が増大するのに応じて）減少するクラッチ対応トルク係数ＣCSを算出する機能要素（クラッチ対応トルク係数算出部）２４ｂと、アクセル開度ＡＰに基づいてアクセル開度ＡＰの増大に応じて増大するアクセル対応トルク係数ＣAPを算出する機能要素（アクセル対応トルク係数算出部）２４ｃと、充電率ＳＯＣの減少に応じて減少する充電率対応トルク係数ＣSOCを算出する機能要素（充電率対応トルク係数算出部）２４ｄと、を備えている。
【００３６】
なお、クラッチ対応トルク係数ＣCSについては、クラッチストロークＣＳが０％（最大踏み込み量）のときに「１」とされ、クラッチストロークＣＳが大きくなる（即ち、クラッチペダル３２が踏み込まれ、クラッチの係合が弱まっていく）にしたがって減少し、クラッチストロークＣＳが１００％（最大踏み込み量）のときに「０」となるように設定されている。
【００３７】
ただし、クラッチストロークＣＳが０％の付近及び１００％の付近には「遊び」が設けられており、実際には、クラッチペダル３２が僅かだけ踏み込まれた場合には、クラッチ１３は完全係合状態を保持し、クラッチペダル３２が最大まで踏み込まれる前にクラッチ１３は係合を完全に解除された状態になる。そこで、クラッチストロークセンサ３２ａもこれと対応するように、クラッチペダル３２が僅かだけ踏み込まれてもクラッチ１３は完全係合状態を保持する領域は、クラッチストロークＣＳとして０％を出力し、クラッチペダル３２の最大ストロークよりも所定量だけ手前からクラッチストロークＣＳとして１００％を出力する。なお、クラッチストロークＣＳについては更に後述する。
【００３８】
また、アクセル対応トルク係数ＣAPについては、アクセルペダル３１が踏み込まれなければ「０」、アクセルペダル３１が踏み込まれていくに従って増加し、アクセルペダル３１が最大踏み込み量の近傍まで踏み込まれると「１」とされる。この場合も、アクセル開度の最小領域（開度０％）及び最大領域（開度１００％）には「遊び」が設けられ、アクセルペダル３１が僅かに踏み込まれただけではアクセル対応トルク係数ＣAPは「０」、アクセルペダル３１が最大踏み込み量に達する僅かに手前で「１」とされる。
【００３９】
なお、アクセル操作に対応したトルク補正は、アクセル操作が少ないほど電動機トルクを制限すると見ることができるので、このような観点からは、アクセル対応トルク係数ＣAPに対応する係数（１−ＣAP）をトルク制限係数と呼ぶこともできる。
充電率対応トルク係数ＣSOCについては、バッテリ１６が満充電のＳＯＣを１００％とすると、バッテリのＳＯＣが例えば３０％以下の領域では、バッテリ１９が過放電状態であるため、バッテリ１９の放電不可の領域として、充電率対応トルク係数ＣSOCを「０」とする。また、バッテリ１９のＳＯＣが例えば７０％以上の領域では、バッテリ１９が過充電状態となる可能性があるため、バッテリ１９を放電すべき領域として、充電率対応トルク係数ＣSOCを「１」とする。ＳＯＣが３０％から７０％の間にある場合、ＳＯＣが大きくなるほど充電率対応トルク係数ＣSOCを大きくする。
【００４０】
そして、車両ＥＣＵ２４は、下式（１）に示すように、電動機１２が発生しうる最大トルクＴｍMAXに、これらの各係数ＣCS，ＣAP，ＣSOCを乗算して、電動機トルク算出値ＴｍCを算出する機能要素（電動機トルク算出部）２４ｅを更に備えている。なお、電動機１２が発生しうる最大トルクＴｍMAXは電動機１２の使用により既知の値である。
ＴｍC＝ＴｍMAX×ＣCS×ＣAP×ＣSOC ・・・（１）
さらに、車両ＥＣＵ２４は、電動機トルクＴｍ及びエンジントルクＴｅを設定する機能（トルク設定部）２４ｆを備え、トルク設定部２４ｆでは、電動機トルク算出値ＴｍCを車両要求トルクＴａと比較して、電動機トルク算出値ＴｍCが車両要求トルクＴａを上回る場合には、電動機トルクＴｍを車両要求トルクＴａに制限し（Ｔｍ＝Ｔａ）、電動機トルク算出値ＴｍCが車両要求トルクＴａを上回らない場合には、電動機算出値トルクＴｍCを電動機トルクＴｍに設定する（Ｔｍ＝ＴｍC）。
【００４１】
また、トルク設定部２４ｆでは、電動機トルク算出値ＴｍCが車両要求トルクＴａを上回らない場合には、車両要求トルクＴａからこのとき設定される電動機トルクＴｍ（＝ＴｍC）を減算した値をエンジントルクＴｅ（＝Ｔａ−Ｔｍ）とする。
なお、バッテリ１９のＳＯＣが十分にある（例えば７０％以上）ことを前提条件に、アクセル開度ＡＰが予め設定された所定開度ＡＰ０以下である場合に要求される車両要求トルクＴａについては、通常、電動機トルク算出値ＴｍCがこの車両要求トルクＴａを満たすものとする。
【００４２】
このように、車両ＥＣＵ２４によって設定された電動機トルクＴｍはインバータＥＣＵ２２に出力され、設定された電動機トルクＴｍが発生するようにインバータＥＣＵ２２が電動機１２を制御する。また、車両ＥＣＵ２４によって設定されたエンジントルクＴｅはエンジンＥＣＵ２１に出力され、設定されたエンジントルクＴｅが発生するようにエンジンＥＣＵ２１がエンジン１１を制御する。
【００４３】
ところで、本実施形態では、クラッチペダル３２の最大踏み込み領域付近に、従来の「遊び」に更なる「遊び」が設けられている。つまり、クラッチペダルは踏み込み量（即ち、クラッチストロークＣＳ）が０の完全結合した状態（完全係合状態）から踏み込んでいくと（即ち、クラッチストロークＣＳを与えていくと）、完全結合から滑りを伴って係合する半クラッチ状態（半係合状態）になり、更に、クラッチストロークＣＳが大きくなるほど、半クラッチ状態のすべりが大きくなって、やがて結合が完全に解除された状態（係合解除状態、又は、クラッチ断状態）になる。
【００４４】
通常、このように係合解除状態まで踏み込んでも更にある程度クラッチペダルを踏み込めるように「遊び」が設けられ、クラッチの経時的な変化に対してもクラッチ断の状態を確実に実現できるように設定されているが、本実施形態では、図３に示すように、この「遊び」の領域を通常よりも拡大しており、この「遊び」の領域をドライバが使用して特定の運転操作ができるようになっている。
【００４５】
つまり、クラッチストロークセンサ３２ａは、この追加した「遊び」の領域では、実際には、クラッチ１３は係合解除状態にあるもののクラッチストローク１００％よりも少ないものとして、この追加した「遊び」の領域から従来から設けられている「遊び分」の領域に達したところで、クラッチストローク１００％を出力するように設定されている。したがって、この追加した「遊び」の領域では、クラッチストロークが１００％未満になって、クラッチ対応トルク係数ＣCSが０よりも大の値として発生する。
【００４６】
なお、この追加した「遊び」の領域に対応したクラッチストロークは例えば７０〜１００％とする。そして、このクラッチストロークがこの追加した「遊び」の領域に対応した値（７０〜１００％）にある時には、車両ＥＣＵ２４は、エンジン１１を停止若しくはアイドリング運転とするように、エンジンＥＣＵ２１に制御信号を出力する。この場合、例えば、ＳＯＣが十分にあること（ＳＯＣが７０％以上）を前提条件に、アクセル開度ＡＰが予め設定された所定開度ＡＰ１以下で且つアクセル開度増加量（単位時間当たりの増加量）ΔＡＰが予め設定された所定増加量ΔＡＰ０以下の場合には、エンジン１１を停止し、そうでなければ、エンジン１１をアイドリング運転とすることが考えられる。この場合の所定開度ＡＰ１は、前述の所定開度ＡＰ０と同一若しくは前述の所定開度ＡＰ０よりも小さな値とする。
【００４７】
なお、車両ＥＣＵ２４では、車両の制動時には、ブレーキ操作（例えば、ブレーキペダルの踏み込み操作やブレーキ液圧等）を検出する図示しないブレーキセンサからの情報に基づいて制動操作中であることを検知し、制動操作中には、インバータＥＣＵ２２を通じて、電動機１２を発電機作動させて、ブレーキ操作量（例えば、ブレーキペダルの踏み込み量）を検出する図示しないブレーキ操作量センサからの情報に基づいて、ブレーキ操作量に応じた回生制動力を発生させる。この際、回生制動で得られる発電電力によりバッテリ１９を充電する。
【００４８】
また、この車両の制動時に、ブレーキ操作と共に、クラッチ１３の操作をすると、クラッチ１３に滑りが発生するとその滑り分だけエンジンブレーキは利かなくなり、クラッチ１３の係合が完全に解除されると、エンジンブレーキは全く利かなくなる。車両ＥＣＵ２４では、このように、ブレーキ操作中にクラッチ１３の操作がされると、そのクラッチストロークＣＳに応じて生じるエンジンブレーキの減少分だけ、回生制動力を増大させるようにインバータＥＣＵ２２を通じて、電動機１２の発電機作動の状態を制御する。クラッチストロークＣＳが、図３に示すような「遊び」の領域（従来の「遊び」の領域及び追加した「遊び」の領域）に調整されれば、クラッチ１３の完全係合時に加えられるエンジンブレーキ分が全て回生制動力に置き換えられるので、より効率よく回生制動が行なわれることになる。
【００４９】
また、車両ＥＣＵ２４では、ＳＯＣが十分な領域（ＳＯＣが７０％以上）よりも低下すると、所定の条件、例えば、車両要求トルクＴａが予め設定された所定値以下で、エンジントルクＴｅのみでも車両要求トルクＴａに対して十分な余裕がある場合において、インバータＥＣＵ２２を通じて、電動機１２を発電機作動させて、エンジントルクＴｅの一部で電動機１２を回転駆動して発電を実施する。これにより得られる発電電力によりバッテリ１９を充電し、ＳＯＣを回復させる。
【００５０】
〔作用〕
本発明の一実施形態に係るパラレル式ハイブリッド自動車の制御装置は、このように構成されるので、車両ＥＣＵ２４をはじめとしたＥＣＵ２１〜２４の制御を通じて、パラレル式ハイブリッド自動車を以下のように運転することができる。
＜発進時＞
本ハイブリッド自動車は、クラッチ１３及び、変速機１４が何れもマニュアル式なので、発進時には、クラッチペダル３２を踏み込んでクラッチ１３を係合解除状態として、変速機１４を発進段に入れて、アクセルペダル３１を踏み込みながら、クラッチペダル３２の踏み込みを徐々に解除していく。このクラッチペダル３２の踏み込みを解除していく際に、上記の追加した「遊び」の領域を利用することにより、クラッチ１３は実際には係合解除状態であって、エンジン１１は電動機１２及び変速機１４と切り離されているが、クラッチ対応トルク係数ＣCSが０よりも大の値として電動機がトルクを発生する。
【００５１】
したがって、クラッチペダル３２をこの追加した「遊び」の領域に調整しながらアクセルペダル３１を踏み込むと、充電率ＳＯＣが確保されている限り、クラッチ対応トルク係数ＣCS，アクセル対応トルク係数ＣAP，充電率対応トルク係数ＣSOCの何れも0よりも大となり、電動機トルク算出値ＴｍCが発生する。これにより、電動機１４に電動機トルク算出値ＴｍCに応じた電動機トルクＴｍが指令され、電動機１４により発生する電動機トルクＴｍによって、エンジントルクＴｅを要することなく発進することができる。
【００５２】
なお、この際、バッテリ１９のＳＯＣが十分にある（例えば７０％以上）場合は、アクセル開度ＡＰを所定開度ＡＰ１よりも大きく操作するか或いはアクセル開度ＡＰを所定増加量ΔＡＰ０よりも大きく急増操作すると、クラッチ１３は係合解除状態であるが、エンジン１１は低負荷トルクを維持するようエンジントルクを制限し、電動機の発生トルクのみ増加させる。また、バッテリ１９のＳＯＣが十分ではない（例えば３０％未満）場合は、アクセル開度ＡＰに関係なく、エンジントルク制限を解除し、通常の車両と同等のエンジントルクを発生させて発進する。
【００５３】
発進時に、クラッチ１３の係合操作と共にアクセル開度ＡＰの増加操作を行なうと、アクセル開度ＡＰが予め設定された所定開度ＡＰ０以上になったあたりで車両要求トルクＴａが大きくなり、電動機トルク算出値ＴｍCがこの車両要求トルクＴａを満たせなくなる。しかし、この時には、事前にアイドリング運転されているエンジン１１が電動機トルク算出値ＴｍCにより車両要求トルクＴａが満たされない分だけのエンジントルクＴｅを発生するように制御されるので、電動機１２とエンジン１１とにより協働して車両要求トルクＴａが発生され、発進時において、可能な限り電動機トルクＴｍを利用しながらドライバのトルク要求に答えることができる。
【００５４】
＜通常走行時＞
発進後の走行中には、必要に応じて変速操作、即ち、変速機の変速段の変更操作を、クラッチ１３及び変速機１４を手動で操作しながら行なう。変更操作を行なわない限り、クラッチ１３は操作されない（クラッチストロークは０％）完全係合状態であり、クラッチ対応トルク係数ＣCSは「１」である。したがって、アクセル対応トルク係数ＣAP及び充電率対応トルク係数ＣSOCに応じて、電動機トルク算出値ＴｍCが算出され、電動機トルクＴｍが設定され、電動機トルクＴｍを出力するように電動機１２が制御される。また、電動機トルクＴｍで車両要求トルクＴａが満たされない場合は、エンジン１１がその差分だけのエンジントルクＴｅを発生するように制御される。これにより、係合状態のクラッチ１３を通じてエンジントルクＴｅ及び電動機トルクＴｍが変速機１４を介して所定の速度比で回転速度を変速されて駆動輪１８に伝達される。電動機トルク算出値ＴｍCが車両要求トルクＴａを満たせば、エンジン１１は、前述のように停止又はアイドリング運転状態とされる。
【００５５】
また、走行中に、変更操作を行なう時には、まず、クラッチ１３が切り離し操作される。これにより、クラッチ対応トルク係数ＣCSが０となるので、電動機トルク算出値ＴｍCも０となり、電動機トルクＴｍが０となる。つまり、電動機１４は、駆動系に対してトルクを加えることもなく、又、駆動系の負荷となることもない状態に制御される。
次に、変速段の変更操作後に、クラッチ１３が接合されていくが、この時には、クラッチ１３の接合操作と共にクラッチストロークが減少していくので、クラッチ対応トルク係数ＣCSは０から１に近づいていく。したがって、アクセル対応トルク係数ＣAP及び充電率対応トルク係数ＣSOCに応じて、電動機トルク算出値ＴｍCが算出され、電動機トルクＴｍが設定され、電動機トルクＴｍを出力するように電動機１２が制御される。
【００５６】
また、電動機トルク算出値ＴｍCが車両要求トルクＴａを上回らない場合には、車両要求トルクＴａからこのとき設定される電動機トルクＴｍ（＝ＴｍC）を減算した値をエンジントルクＴｅ（＝Ｔａ−Ｔｍ）とし、設定されたエンジントルクＴｅも出力され、係合状態となったクラッチ１３を通じてエンジントルクＴｅ及び電動機トルクＴｍが変速機１４を介して所定の速度比で回転速度を変速されて駆動輪１８に伝達される。電動機トルク算出値ＴｍCが車両要求トルクＴａを満たせば、エンジン１１は、前述のように停止又はアイドリング運転状態とされる。
【００５７】
＜微速走行時（渋滞路走行時）＞
走行する道路が渋滞していて、微速走行と停止とが繰り返される渋滞路走行時には、ドライバは、変速機１４の変速段を低速段に設定して、クラッチ１３を図３に示すような追加した「遊び」の領域に調整しながら、微速走行するにはアクセル操作を行ない、クラッチ１３の係合は解除したままで、クラッチ対応トルク係数ＣCSを０よりも大きくして、クラッチ対応トルク係数ＣCS，アクセル対応トルク係数ＣAP及び充電率対応トルク係数ＣSOCに応じて算出される電動機トルク算出値ＴｍCを電動機トルクＴｍに設定して、電動機トルクＴｍを出力するように電動機１２を制御し、微速走行を行なうことができる。
【００５８】
また、停止したい場合には、クラッチ１３を図３に示すような追加した「遊び」の領域に調整する状態を保持して、アクセル操作を止めてブレーキ操作を行なうことにより、車両を停止させることができる。このときには、アクセル対応トルク係数ＣAPが０となるので、電動機トルク算出値ＴｍC、即ち、電動機トルクＴｍも０となり、電動機１４は、駆動系に対してトルクを加えることもなく、又、駆動系の負荷となることもない状態に制御される。エンジン１１は、前述のように停止又はアイドリング運転状態とされる。
【００５９】
＜通常走行中の制動時＞
前述のように、車両の制動時には、電動機１２を発電機作動させて、ブレーキ操作量に応じた回生制動力を発生させ、この回生制動で得られる発電電力によりバッテリ１９が充電されるが、このとき、ブレーキ操作と共に、クラッチ１３を操作すると、これに応じて生じるエンジンブレーキの減少分だけ回生制動力を増大させるように、電動機１２の発電機作動の状態が制御される。そこで、車両の制動時に、図３に示すような「遊び」の領域（従来の「遊び」の領域及び追加した「遊び」の領域）に調整すれば、クラッチ１３の完全係合時に加えられるエンジンブレーキ分が全て回生制動力に置き換えられるので、回生制動力を最大限増大させてより効率よく回生制動が行なわれ、回生制動により発電した電力をバッテリ１９に充電させることができる。
【００６０】
〔効果〕
このように、クラッチ１３が解放されると、エンジン１１と電動機１２との間の動力伝達は遮断され、電動機１２のみが変速機１４を介して駆動輪１８と駆動連結されるので、上述のように、車両の発進時に、クラッチ１３を解放して電動機１２のみの出力トルク（電動機トルク）を利用してエンジン１１を作動させないで静かに且つ排ガスを放出しない若しくは抑制させて発進することが可能になる。
また、制動時に、クラッチ１３を解放してエンジンブレーキを作動させないで電動機１２を発電機とした発電負荷により大きな回生製動力を発揮させて最大限エネルギ回収しながら制動することが可能になり、エネルギ効率を向上させることができる。
【００６１】
また、クラッチストローク（クラッチ１３の操作状態）ＣＳと、アクセル開度（アクセルの操作状態）ＡＰと、バッテリ１９の充電率ＳＯＣと，に基づいて、電動機トルクＴｍを算出し、この電動機トルクＴｍが発生するように電動機１２を制御するので、効率良く且つフィーリング良く、電動発電機１２を電動機として作動させることが可能になる。
つまり、本ハイブリッド電気自動車は、電動機１２の回転軸１２ａが変速機１４の入力軸１４ａに結合されているので、電動機トルクＴｍが発生していると、クラッチ１３を操作しても、変速機１４がニュートラル状態でない限りは、電動機トルクＴｍがそのまま変速機１４を介して駆動輪１８に出力されてしまい、違和感を与える。しかし、クラッチ操作状態に応じて、クラッチ１３が切り離し側に操作されるほど電動機トルクＴｍが小さくなり、駆動輪２８の側に出力されるトルクを通常のエンジンのみを備えた車両と同様に変化させることができ、通常のエンジンのみを備えた車両と同様なトルクフィーリングとなる。同時に、不要な電動機トルクＴｍを抑えることにもなる。
【００６２】
また、アクセルの操作状態に応じて、アクセルペダルが踏み込まれるほど電動機トルクＴｍが大きくなるので、電動機トルクＴｍを適切な大きさに設定することができ、この点でも、効率良く且つフィーリング良く、電動発電機１２を電動機として作動させることが可能になる。
さらに、バッテリ１９の充電率ＳＯＣに応じて、充電率ＳＯＣが小さくなるほど、電動機トルクＴｍが小さくなるので、バッテリ充電率ＳＯＣの過剰な低下を抑えて、バッテリの保護を図りながら電動機トルクＴｍを利用することが可能になる。
【００６３】
しかも、クラッチ１３の操作状態に基づくクラッチ対応トルク係数ＣCS、アクセルペダル３１の操作状態に基づくアクセル対応トルク係数ＣAP、バッテリ充電率ＳＯＣに基づく充電率対応トルク係数ＣSOCをそれぞれ設定し、電動発電機１２が発生しうる最大トルクＴｍMAXに対して各係数ＣCS，ＣAP，ＣSOCを何れも乗算することにより電動機トルクＴｍCを算出するので、シンプルなロジックで容易に且つ適切に電動機トルクＴｍCを算出することができる。
【００６４】
さらに、アクセルペダル３１の踏み込み状態に基づいて車両要求トルクＴａを算出し、電動機トルクＴｍでは車両要求トルクＴａが不足する場合には、不足する分だけエンジントルクＴｅが発生するようにエンジン１１を制御することにより、電動機トルクＴｍを可能な限り利用しながらドライバのトルク要求に応じた車両の駆動トルクを発生させることができ、車両のドライバビリティを向上させることができる。
【００６５】
しかも、マニュアル式のクラッチ１３とマニュアル式変速機１４とを適用しているので、車両の製造コストを抑えながら、ハイブリッド電気自動車に求められている電動機１２の使用頻度の向上や、これに伴う種々の実用性能の向上を実現することができる。
〔その他〕
以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明はかかる実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、かかる実施の形態を適宜変更して実施しうるものである。
【００６６】
例えば、上記の実施形態では、アクセル対応トルク係数ＣAPについては、アクセルが非操作状態、つまり、アクセル開度ＡＰが０であれば、アクセル対応トルク係数ＣAPは０に設定されるが、アクセルが非操作状態であっても、ブレーキ操作が行なわれない限りは、アクセル対応トルク係数ＣAPを０よりも大きい値（例えば、０．０５）にするように設定してもよい。もちろん、この場合も、アクセル対応トルク係数ＣAPは、アクセルペダル３１が踏み込まれていくに従って増加し、アクセルペダル３１が最大踏み込み量の近傍まで踏み込まれると「１」とされる。
【００６７】
このように構成すれば、アクセル操作しなくても、クラッチストロークＣＳが１００％に達してクラッチ対応トルク係数ＣCSが０になったり、バッテリ１９が過放電状態（バッテリのＳＯＣが例えば３０％以下）となって充電率対応トルク係数ＣSOCが０になったりしない限り、電動機トルク算出値ＴｍCが発生し、電動機トルクＴｍを有効に設定できる。このため、アクセル操作なしにクラッチ操作のみで微速走行を行なうことができ、例えば渋滞の微速走行を容易に行なうことができ、発進時の微動操作性も向上する。
【符号の説明】
【００６８】
１１ エンジン（原動機）
１１ａ エンジン１１の出力軸（回転軸）
１３ マニュアル式クラッチ
１２ 電動発電機（電動機）
１２ａ 電動発電機１２の回転軸
１４ マニュアル式変速機
１４ａ 変速機１４の入力軸
１４ｂ 変速機１４の出力軸
１５ プロペラシャフト
１６ ディファレンシャル
１７ ドライブシャフト
１８ 駆動輪
１９ バッテリ
２０ インバータ
２１ エンジンＥＣＵ
２２ インバータＥＣＵ
２３ バッテリＥＣＵ（バッテリ充電率検出手段）
２４ 車両ＥＣＵ
３１ａ アクセルペダルポジションセンサ（アクセル状態検出手段）
３２ａ クラッチストロークセンサ（クラッチ状態検出手段）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両に搭載されたエンジンと、
前記車両に搭載された電動発電機と、
前記エンジンの出力軸と前記電動発電機の回転軸との間に介装されたマニュアル式のクラッチと、
前記電動発電機と駆動輪との間に介装され、前記電動発電機の回転軸に入力軸を結合されて、前記エンジン及び／又は前記電動発電機の駆動力を前記駆動輪に伝達するマニュアル式変速機と、
前記電動発電機が電動機として作動するときに前記電動発電機に電力を供給し、前記電動発電機が発電機として作動するときに前記電動発電機の発電電力が充電されるバッテリと、を備えたパラレル式ハイブリッド電気自動車の制御装置であって、
前記クラッチの操作状態を検出するクラッチ状態検出手段と、
前記車両のアクセルの操作状態を検出するアクセル状態検出手段と、
前記バッテリの充電率を検出する充電率検出手段と、
前記クラッチ状態検出手段により検出された前記クラッチの操作状態と、前記アクセル状態検出手段により検出された前記アクセルの操作状態と、前記充電率検出手段により検出された前記バッテリの充電率とに基づいて、前記電動発電機が発生すべき電動機トルクを算出し、該電動機トルクが発生するように前記電動発電機を制御する制御手段と、を備えている
ことを特徴とする、パラレル式ハイブリッド電気自動車の制御装置。
【請求項２】
前記制御手段は、前記クラッチの操作状態に基づいてクラッチ対応トルク係数を設定し、前記アクセルペダルの操作状態に基づいてアクセル対応トルク係数を設定し、前記バッテリの充電率に基づいて充電率対応トルク係数を設定し、前記電動発電機が発生しうる最大トルクに対して、前記クラッチ対応トルク係数，前記アクセル対応トルク係数，及び前記充電率対応トルク係数を何れも乗算することにより、前記電動機トルクを算出する
ことを特徴とする、請求項１記載のパラレル式ハイブリッド電気自動車の制御装置。
【請求項３】
前記アクセル対応トルク係数は、前記アクセルが非操作状態であっても０にならないように設定されている
ことを特徴とする、請求項２記載のパラレル式ハイブリッド電気自動車の制御装置。
【請求項４】
前記制御手段は、前記アクセルペダルの踏み込み状態に基づいて車両要求トルクを算出し、前記電動機トルクでは前記車両要求トルクが不足する場合には、該不足する分のエンジントルクが発生するように前記エンジンを制御する
ことを特徴とする、請求項１〜３のいずれか１項に記載のパラレル式ハイブリッド電気自動車の制御装置。
【請求項１】
車両に搭載されたエンジンと、
前記車両に搭載された電動発電機と、
前記エンジンの出力軸と前記電動発電機の回転軸との間に介装されたマニュアル式のクラッチと、
前記電動発電機と駆動輪との間に介装され、前記電動発電機の回転軸に入力軸を結合されて、前記エンジン及び／又は前記電動発電機の駆動力を前記駆動輪に伝達するマニュアル式変速機と、
前記電動発電機が電動機として作動するときに前記電動発電機に電力を供給し、前記電動発電機が発電機として作動するときに前記電動発電機の発電電力が充電されるバッテリと、を備えたパラレル式ハイブリッド電気自動車の制御装置であって、
前記クラッチの操作状態を検出するクラッチ状態検出手段と、
前記車両のアクセルの操作状態を検出するアクセル状態検出手段と、
前記バッテリの充電率を検出する充電率検出手段と、
前記クラッチ状態検出手段により検出された前記クラッチの操作状態と、前記アクセル状態検出手段により検出された前記アクセルの操作状態と、前記充電率検出手段により検出された前記バッテリの充電率とに基づいて、前記電動発電機が発生すべき電動機トルクを算出し、該電動機トルクが発生するように前記電動発電機を制御する制御手段と、を備えている
ことを特徴とする、パラレル式ハイブリッド電気自動車の制御装置。
【請求項２】
前記制御手段は、前記クラッチの操作状態に基づいてクラッチ対応トルク係数を設定し、前記アクセルペダルの操作状態に基づいてアクセル対応トルク係数を設定し、前記バッテリの充電率に基づいて充電率対応トルク係数を設定し、前記電動発電機が発生しうる最大トルクに対して、前記クラッチ対応トルク係数，前記アクセル対応トルク係数，及び前記充電率対応トルク係数を何れも乗算することにより、前記電動機トルクを算出する
ことを特徴とする、請求項１記載のパラレル式ハイブリッド電気自動車の制御装置。
【請求項３】
前記アクセル対応トルク係数は、前記アクセルが非操作状態であっても０にならないように設定されている
ことを特徴とする、請求項２記載のパラレル式ハイブリッド電気自動車の制御装置。
【請求項４】
前記制御手段は、前記アクセルペダルの踏み込み状態に基づいて車両要求トルクを算出し、前記電動機トルクでは前記車両要求トルクが不足する場合には、該不足する分のエンジントルクが発生するように前記エンジンを制御する
ことを特徴とする、請求項１〜３のいずれか１項に記載のパラレル式ハイブリッド電気自動車の制御装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２０１１−１１７２１（Ｐ２０１１−１１７２１Ａ）
【公開日】平成２３年１月２０日（２０１１．１．２０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１６０１１５（Ｐ２００９−１６０１１５）
【出願日】平成２１年７月６日（２００９．７．６）
【出願人】（３０３００２１５８）三菱ふそうトラック・バス株式会社 (1,037)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年１月２０日（２０１１．１．２０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年７月６日（２００９．７．６）
【出願人】（３０３００２１５８）三菱ふそうトラック・バス株式会社 (1,037)
【Ｆターム（参考）】
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