JP2000125414A - ハイブリッド車両の制御装置 - Google Patents

ハイブリッド車両の制御装置

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JP2000125414A JP10293674A JP29367498A JP2000125414A JP 2000125414 A JP2000125414 A JP 2000125414A JP 10293674 A JP10293674 A JP 10293674A JP 29367498 A JP29367498 A JP 29367498A JP 2000125414 A JP2000125414 A JP 2000125414A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 ハイブリッド車両においてエンジン始動時に
モータを最適制御することにより速やかな始動とバッテ
リの劣化防止を両立させる。 【解決手段】 始動および発電のためのモータとエンジ
ンとを相互に駆動可能に連結したハイブリッド車両にお
いて、エンジンの始動条件を検出する始動条件検出装置
と、エンジンの回転数を検出する回転検出装置と、始動
用モータに電力を供給するバッテリの状態を検出するバ
ッテリ状態検出装置と、始動用モータのトルクと回転数
を制御する制御装置とを備え、前記制御装置を、エンジ
ンが駆動系統から切り離されているエンジン始動時に、
目標回転数に達するまではバッテリ状態に基づいて定め
たトルクとなるようにトルク制御を行い、目標回転数に
達した後は当該目標回転数となるように回転数制御を行
うように構成する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明はハイブリッド車両の
制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術と解決すべき課題】原動機として内燃機関
と電動機とを併有し、いずれか一方または双方の駆動力
により走行するようにしたハイブリッド車両が知られて
いる（例えば、鉄道日本社発行「自動車工学」VOL.46 N
o.7 1997年6月号 39?52頁参照）。
【０００３】このようないわゆるパラレル方式のハイブ
リッド車両では、基本的に比較的負荷の小さい運転域で
は電動機のみで走行し、負荷が増大すると内燃機関を起
動して所要の駆動力を確保し、必要に応じて電動機と内
燃機関を併用することにより最大の駆動力を発揮させら
れるようになっている。
【０００４】ところで、電動機のみによる走行状態から
内燃機関を使用する運転状態へと移行するときには速や
かに機関を始動させる必要があるが、始動性のみを重視
して始動用電動機に大きな電力を供給するとバッテリの
劣化を促すおそれがある。特に低温時にはバッテリから
持ち出し可能な電力（過放電や劣化のおそれがない許容
電力値）が小さくその電力を継続できる時間も短いの
で、始動時に費やす電力が過大となりがちである。もし
もバッテリから持ち出し可能な電力を超えて始動用電動
機を駆動すると、持ち出し可能電力自体が低下するとと
もにバッテリの劣化が促されることになる。
【０００５】一方、機関が始動完爆するまでは始動クラ
ンキングに必要なトルクを確保するために始動用電動機
をトルク制御するが、始動完爆したのちはその時点での
走行状態や要求発電量等に応じて定まる目標回転数へと
速やかに回転数制御をする必要があり、始動当初からの
トルク制御を継続すると電力消費が過大となって上述し
たバッテリ劣化のおそれを生じると共に、目標回転数に
達するまでに時間がかかってしまい車両の走行状態によ
っては運転性が悪化して好ましくない。
【０００６】本発明はこのような問題点に着目してなさ
れたもので、内燃機関に連結した始動・発電用の回転電
機を機関始動時にはバッテリ状態に応じたトルクにてト
ルク制御し、その後所定の目標回転数に達したときに目
標回転数への回転数制御へと切り換えることにより前記
問題点を解消することを目的としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】請求項１の発明は、相互
に駆動可能に内燃機関と回転電機とを連結した動力装置
を車両の駆動系統に接続可能に配置したハイブリッド車
両において、内燃機関の始動条件を検出する始動条件検
出装置と、内燃機関の回転数を検出する回転検出装置
と、回転電機に電力を供給するバッテリの状態を検出す
るバッテリ状態検出装置と、回転電機のトルクと回転数
を制御する制御装置とを備え、前記制御装置を、動力装
置が駆動系統から切り離されている機関始動時に、目標
回転数に達するまではバッテリ状態に基づいて定めたト
ルクとなるようにトルク制御を行い、目標回転数に達し
た後は当該目標回転数となるように回転数制御を行うよ
うに構成したものとする。
【０００８】請求項２の発明は、上記請求項１の発明の
制御装置を、目標回転数をバッテリ状態に応じた要求発
電量に基づいて設定するように構成した。
【０００９】請求項３の発明は、上記請求項１の発明の
制御装置を、機関始動後に動力装置が駆動系統に接続さ
れる場合には当該駆動系統の回転数を目標回転数として
設定するように構成した。
【００１０】請求項４の発明は、上記請求項１の発明の
制御装置を、目標回転数での制御時に回転電機の出力が
バッテリ状態に基づいて定まる許容値を超えたときには
バッテリ状態に基づいて定めたトルクによるトルク制御
へと戻すように構成した。
【００１１】
【作用・効果】上記請求項１以下の各発明によれば、機
関始動の当初は始動用電動機として機能する回転電機の
出力をそのときのバッテリ状態に応じて定めたトルクに
よりトルク制御するので、例えば低温条件でバッテリの
能力が低下している状態の時にはその状態に応じたトル
クで回転電機を駆動する。したがってバッテリ状態に対
して過大な電力を消費してバッテリの劣化をおこすとい
う不具合を回避することができる。また、トルク制御の
過程で回転数が目標回転数に達したのちは回転数制御に
切り換えるので、そのときの運転条件に応じた目標回転
数へと速やかに回転数を収束させることができる。
【００１２】この目標回転数は、例えば請求項２の発明
のようにバッテリ状態に応じた要求発電量に基づいて設
定する。前記要求発電量とは、機関始動後に回転電機を
内燃機関により発電機として駆動してバッテリを充電さ
せるのに必要な発電量である。この制御により、始動後
に内燃機関を発電のためにのみ作動させるシリーズ運転
状態へと円滑に移行することができる。
【００１３】また、目標回転数は、例えば請求項３の発
明のように機関始動後に動力装置が駆動系統に接続され
る場合には当該駆動系統の回転数と一致するように設定
する。この制御により、始動後に内燃機関の出力を駆動
系に付与して大きな走行駆動力を確保する場合において
内燃機関と駆動系とのあいだの速度差をなくして機関駆
動力を円滑に駆動系へと伝達させることができる。
【００１４】請求項４の発明では、目標回転数での制御
の過程で回転電機の出力がバッテリ状態に基づいて定ま
る許容値を超えたときには、再びバッテリ状態に基づい
て定めたトルクによるトルク制御へと戻される。このト
ルク制御により回転数が目標回転数に達したときは再び
回転数制御へと移行する。この制御の繰り返しにより、
低温等によりバッテリ状態が悪化しているときの始動過
程でバッテリの消耗を最小限に抑えることができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】以下本発明の実施形態を図面に基
づいて説明する。まず図１?図２に本願発明が適用可能
なハイブリッド車両の構成例を示す。これらはいずれも
走行条件に応じてエンジン（内燃機関）または電動モー
タの何れか一方または双方の動力を用いて走行するパラ
レル方式のハイブリッド車両である。
【００１６】図１において、太い実線は機械力の伝達経
路を示し、太い破線は電力線を示す。また、細い実線は
制御線を示し、二重線は油圧系統を示す。この車両のパ
ワートレインは、モータ１（本発明の回転電機）、エン
ジン２、クラッチ３、モータ４、無段変速機５、減速装
置６、差動装置７および駆動輪８から構成される。モー
タ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４の出力軸および無段変速機５の入力軸は
互いに連結されている。
【００１７】クラッチ３締結時はエンジン２とモータ４
が車両の推進源となり、クラッチ３解放時はモータ４の
みが車両の推進源となる。エンジン２またはモータ４の
駆動力は、無段変速機５、減速装置６および差動装置７
を介して駆動輪８へ伝達される。無段変速機５には油圧
装置９から圧油が供給され、ベルトのクランプと潤滑が
なされる。油圧装置９のオイルポンプ（図示せず）はモ
ータ１０により駆動される。
【００１８】モータ１は主としてエンジン始動と発電に
用いられ、モータ４は主として車両の推進（力行）と制
動に用いられる。また、モータ１０は油圧装置９のオイ
ルポンプ駆動用である。また、クラッチ３締結時に、モ
ータ１を車両の推進と制動に用いることもでき、モータ
４をエンジン始動や発電に用いることもできる。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。無段変速機５はベルト式やトロイダル式
などの無段変速機であり、変速比を無段階に調節するこ
とができる。
【００１９】モータ１，４，１０はそれぞれ、インバー
タ１１，１２，１３により駆動される。なお、モータ
１，４，１０に直流電動モータを用いる場合には、イン
バータの代わりにＤＣ／ＤＣコンバータを用いる。イン
バータ１１?１３は共通のＤＣリンク１４を介してメイ
ンバッテリ１５に接続されており、メインバッテリ１５
の直流充電電力を交流電力に変換してモータ１，４，１
０へ供給するとともに、モータ１，４の交流発電電力を
直流電力に変換してメインバッテリ１５を充電する。な
お、インバータ１１?１３は互いにＤＣリンク１４を介
して接続されているので、回生運転中のモータにより発
電された電力をメインバッテリ１５を介さずに直接、力
行運転中のモータへ供給することができる。メインバッ
テリ１５には、リチウム・イオン電池、ニッケル・水素
電池、鉛電池などの各種電池や、電機二重層キャパシタ
ーいわゆるパワーキャパシターが適用される。
【００２０】１６は本発明の制御装置の機能を備えたコ
ントローラであり、マイクロコンピュータとその周辺部
品や各種アクチュエータなどを備え、クラッチ３の伝達
トルク、モータ１，４，１０の回転数や出力トルク、無
段変速機５の変速比、エンジン２の燃料噴射量・噴射時
期、点火時期などを制御する。
【００２１】コントローラ１６には、図２に示すよう
に、キースイッチ２０、セレクトレバースイッチ２１、
アクセルセンサ２２、ブレーキスイッチ２３、車速セン
サ２４、バッテリ温度センサ２５、バッテリＳＯＣ検出
装置２６、エンジン回転数センサ２７、スロットル開度
センサ２８が接続される。キースイッチ２０は、車両の
キーが０Ｎ位置またはＳＴＡＲＴ位置に設定されると閉
路する（以下、スイッチの閉路をオンまたは０Ｎ、開路
をオフまたはＯＦＦと呼ぷ）。セレクトレバースイッチ
２１は、パーキングＰ、ニュートラルＮ、リバースＲお
よびドライブＤの何れかのレンジに切り換えるセレクト
レバー（図示せず）の設定位置に応じて、Ｐ，Ｎ，Ｒ，
Ｄのいずれかのスイッチがオンする。
【００２２】アクセルセンサ２２はアクセルペダルの踏
み込み量を検出し、ブレーキスイッチ２３はブレーキペ
ダルの踏み込み状態（この時、スイッチオン）を検出す
る。車速センサ２４は車両の走行速度を検出し、バッテ
リ温度センサ２５はメインバッテリ１５の温度を検出す
る。また、バッテリＳＯＣ検出装置２６は本発明のバッ
テリ状態検出装置にあたるもので、メインバッテリ１５
の実容量の代表値であるＳＯＣ（State Of Charge）を
検出する。さらに、エンジン回転数センサ２７は同じく
本発明の回転数検出装置にあたるもので、エンジン２の
回転数を検出し、スロットル開度センサ２８はエンジン
２のスロットルバルブ開度を検出する。
【００２３】コントローラ１６にはまた、エンジン２の
燃料噴射装置３０、点火装置３１、可変動弁装置３２な
どが接続される。コントローラ１６は、燃料噴射装置３
０を制御してエンジン２への燃料の供給と停止および燃
料噴射量・噴射時期を調節するとともに、点火装置３１
を駆動してエンジン２の点火時期制御を行う。また、コ
ントローラ１６は可変動弁装置３２を制御してエンジン
２の吸・排気弁の作動状態を調節する。なお、コントロ
ーラ１６には低圧の補助バッテリ３３から電源が供給さ
れる。
【００２４】以上は本発明が適用可能なハイブリッド車
両の基本的な構成例を示したものであり、本発明ではこ
うしたハイブリッド車両においてエンジン始動時にモー
タ１を最適制御することにより始動時の電力消費の抑制
およびバッテリ保護を図ることを主目的としている。以
下にこのためのコントローラ１６の制御内容の実施形態
につき図３以下の各図面を参照しながら説明する。
【００２５】図３はコントローラ１６の制御の概要を示
す流れ図、図４はこの制御によるモータトルク等の変化
状態を示す特性線図である。図３に示した制御はコント
ローラ１６によるハイブリッド車両の総合的な制御の一
部を構成するものとして割り込み処理等により周期的に
実行される。
【００２６】この制御では、まずエンジン始動条件を検
出して始動条件が成立しているか否かを判定する（ステ
ップ３０１，３０２）。始動条件とは通常はモータ（図
１ではモータ４）の出力のみで走行中に発電または駆動
力の要求に基づいてエンジン出力が必要となったときで
あり、これはハイブリッド車両の走行制御の過程で所定
の運転条件パラメータに基づいて決定されるので、その
決定結果から判断する。始動条件が成立していないとき
とは始動が必要ないとき、または始動完爆が完了したと
きであるのでこの制御は行わない。
【００２７】上記始動条件が成立したときには次にバッ
テリ状態ＳＯＣを検出し、ついでシリーズ運転を行う状
態であるか否かを判定する（ステップ３０３，３０
４）。シリーズ運転とは発電のためにのみエンジン２を
作動させる運転状態であり、上述したように所定の運転
状態パラメータに基づいて決定されるので当該決定結果
から判断する。
【００２８】シリーズ運転を行うときには、これは前述
のとおりバッテリ１５に充電を行うための運転であるか
ら、予め検出したバッテリ状態ＳＯＣに基づいて要求発
電量を求め、この要求発電量から目標回転数Ｎｅｔｒｇ
を設定する（ステップ３０５，３０６）。要求発電量
は、図５に例示したようにバッテリ状態ＳＯＣをパラメ
ータとして要求発電量を付与するテーブルを検索しまた
は同様の結果を付与するように予め設定した演算式を計
算することで求める。また、目標回転数Ｎｅｔｒｇは前
記要求発電量に基づき、図６に例示したように設定され
たテーブルを検索しまたは同様の結果を付与するように
予め設定した演算式を計算することで求める。なお、図
５と６はそれぞれの特性を説明するために便宜的に示し
たものであり、実際にはバッテリ状態ＳＯＣから直接に
目標回転数Ｎｅｔｒｇを求められることは言うまでもな
い。また、図６のエンジントルクとは、始動完爆後に前
記目標回転数Ｎｅｔｒｇにて要求発電量を満足させるた
めにエンジン２が発生すべきトルクを示しており、始動
後はこのようなエンジントルクとなるようにエンジン２
のスロットル開度や燃料供給量が制御されることにな
る。
【００２９】一方、ステップ３０４の判断においてシリ
ーズ運転ではないと判定されたときには、これは走行駆
動力を確保するためのエンジン始動を意味しており、始
動後はエンジン２が車両の駆動系統に接続されることに
なる。そこで、エンジン２を車両の駆動系統に接続する
ときに回転数差によるショックが生じないように、エン
ジン回転数の目標値Ｎｅｔｒｇは駆動系統の回転数（図
１ではモータ４の回転数）Ｎｍｔａと同一に設定する
（ステップ３０７）。
【００３０】上述のようにして目標回転数Ｎｅｔｒｇを
決定した後、これを実際のエンジン回転数Ｎｅと比較す
る（ステップ３０８）。このときＮｅ＜Ｎｅｔｒｇであ
ればステップ３０８以下のトルク制御へと移行し、Ｎｅ
≧Ｎｅｔｒｇであればステップ３１１の回転数制御へと
移行する。トルク制御ではまずそのときのバッテリ状態
ＳＯＣから許容される電力KWOUTSを求め、これを実回転
数Ｎｅで除したものに換算用の係数Ｋ＃を乗じて制御ト
ルク値Ｔｒｑを算出し、ついでこのＴｒｑとなるように
モータ１の出力を制御する（ステップ３０９，３１
０）。図４に示したように、このバッテリ状態ＳＯＣに
応じたトルク制御を行うことで、そのときのバッテリ能
力の限界内での始動クランキングおよびエンジン２の始
動完爆が可能となる。
【００３１】一方、このトルク制御の過程でエンジン回
転数Ｎｅが上昇してＮｅｔｒｇに達すると上述したよう
にトルク制御から回転数制御へと移行する。回転数制御
では、実回転数Ｎｅが目標回転数Ｎｅｔｒｇとなるよう
にモータ１の回転数をフィードバック制御する。これに
より、シリーズ運転または走行駆動に応じた目標回転数
への速やかな制御を行うことができる。なお、もしもエ
ンジン２が始動完爆する前にこの回転数制御の過程でバ
ッテリ状態が悪化した場合には当該バッテリ状態に応じ
たトルク値によるトルク制御へと戻すことによりバッテ
リ１５の劣化を未然に防止することができる。
【００３２】図４ではバッテリ状態をバッテリ電圧とＳ
ＯＣにより示しているが、図示したように目標回転数に
達した後の回転数制御への切り換えにより、始動完爆す
るまでトルク制御を継続した場合に比較してバッテリの
消耗を確実に抑えることができる。なお図において燃料
カットフラグとは燃料供給の有無を示すものであり、こ
の場合図示したようにトルク制御による始動クランキン
グの当初は燃料カット状態であり、ある程度時間が経過
したところで燃料供給を開始している。これにより始動
クランキングの当初から燃料を供給した場合に生じる振
動の発生や燃料の浪費を防止している。
【図面の簡単な説明】
【図１】〜
【図２】本発明が適用可能なハイブリッド車両の構成例
を示す概略構成図。
【図３】本発明の制御装置による制御の概要を示す流れ
図。
【図４】上記実施形態によるモータトルク等の変化状態
を示す特性線図。
【図５】バッテリ充電量（ＳＯＣ）から要求発電量を付
与するテーブルの特性例を示す特性線図。
【図６】要求発電量から目標回転数を付与するテーブル
の特性例を示す特性線図。
【符号の説明】
１ モータ（回転電機） ２ エンジン（内燃機関） ３ クラッチ ４ モータ ５ 無段変速機 ９ 油圧装置 １０ 油圧発生用モータ １５ バッテリ １６ コントローラ（コントローラ） ２０ キースイッチ ２１ セレクトレバースイッチ ２２ アクセルペダルセンサ ２３ ブレーキスイッチ ２４ 車速センサ ２５ バッテリ温度センサ ２６ バッテリＳＯＣ検出装置（容量検出装置） ２７ エンジン回転数センサ（回転検出装置） ２８ スロットル開度センサ ３５ 水温センサ ４１ 圧力センサ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 出口 欣高 神奈川県横浜市神奈川区宝町２番地 日産 自動車株式会社内 Ｆターム(参考） 3G093 AA06 AA07 AA16 BA17 BA19 CA01 DA01 DB00 EA02 EA03 EA05 FB02 5H115 PA08 PA12 PC06 PG04 PI11 PI16 PI22 PI29 PI30 PO02 PU02 PU08 PU24 PU27 PV02 PV09 QE01 QE10 QI04 QN03 RB08 RE02 RE03 RE05 RE07 SE04 SE05 SE08 SE09 TB01 TE02 TE03 TI02 TI10 TO05 TO21 TO23 TO30

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】相互に駆動可能に内燃機関と回転電機とを
    連結した動力装置を車両の駆動系統に接続可能に配置し
    たハイブリッド車両において、 内燃機関の始動条件を検出する始動条件検出装置と、 内燃機関の回転数を検出する回転検出装置と、 回転電機に電力を供給するバッテリの状態を検出するバ
    ッテリ状態検出装置と、 回転電機のトルクと回転数を制御する制御装置とを備
    え、 前記制御装置を、動力装置が駆動系統から切り離されて
    いる機関始動時に、目標回転数に達するまではバッテリ
    状態に基づいて定めたトルクによるトルク制御を行い、
    目標回転数に達した後は当該目標回転数となるように回
    転数制御を行うように構成したハイブリッド車両の制御
    装置。
  2. 【請求項２】制御装置は目標回転数をバッテリ状態に応
    じた要求発電量に基づいて設定するように構成した請求
    項１に記載のハイブリッド車両の制御装置。
  3. 【請求項３】制御装置は、機関始動後に動力装置が駆動
    系統に接続される場合には当該駆動系統の回転数を目標
    回転数として設定するように構成した請求項１に記載の
    ハイブリッド車両の制御装置。
  4. 【請求項４】制御装置は目標回転数での制御時に回転電
    機の出力がバッテリ状態に基づいて定めた許容値を超え
    たときにはバッテリ状態に基づいて定めたトルクによる
    トルク制御へと戻すように構成した請求項１に記載のハ
    イブリッド車両の制御装置。
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