JP2004007948A - ハイブリッド車駆動装置及び駆動方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】バッテリーに常時十分な電力を確保しつつ運転特性にも優れたハイブリッド車の駆動装置及び駆動方法を提供する。
【解決手段】ハイブリッド車駆動装置において、コントローラは、エンジンを操作するアクセル開度とバッテリーの充電率に応じてエンジン及びモータジェネレータを制御するための複数の運転モードを有しており、バッテリーの充電率が低いときは、エンジンを車及び前記モータジェネレータの駆動源として運転し該モータジェネレータで発電された電力をバッテリーに回収するエンジン走行発電モードとし、バッテリーの充電率が高くかつアクセル開度もしくは該アクセル開度の変化率が大きいときはエンジン及びモータジェネレータを車の駆動源として運転する加速モードとし、バッテリーの充電率が高くかつアクセル開度が小さいときはエンジンのみを車の駆動源として運転させるエンジン走行モードとする。
【選択図】 図２
【解決手段】ハイブリッド車駆動装置において、コントローラは、エンジンを操作するアクセル開度とバッテリーの充電率に応じてエンジン及びモータジェネレータを制御するための複数の運転モードを有しており、バッテリーの充電率が低いときは、エンジンを車及び前記モータジェネレータの駆動源として運転し該モータジェネレータで発電された電力をバッテリーに回収するエンジン走行発電モードとし、バッテリーの充電率が高くかつアクセル開度もしくは該アクセル開度の変化率が大きいときはエンジン及びモータジェネレータを車の駆動源として運転する加速モードとし、バッテリーの充電率が高くかつアクセル開度が小さいときはエンジンのみを車の駆動源として運転させるエンジン走行モードとする。
【選択図】 図２
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、エンジンとモータ／ジェネレータの双方を駆動源とするハイブリッド車の駆動装置及び駆動方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、特開平９−６５５０８号公報に記載されているように、エンジンの発電機を駆動して電力を発生させ、その電力で走行用モータを駆動して走行するハイブリッド車両が知られている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
従来のハイブリッド車において、燃費低減及び排気浄化は、走行状態に応じ適切に駆動源を切り換える、例えば排気ガスが問題となる発進、加速時にモータ駆動とすることなどにより行なわれている。また、アイドリング時にエンジンを停止させることも、排気ガス対策として、有効な方法である。
【０００４】
しかし、ハイブリッド車において、バッテリーに十分な電力を確保して走行距離の延長を図りながら、かつ良好な運転特性の維持を図るためには、まだ、解決すべき問題がある。
【０００５】
排気ガス対策として、例えば、信号待ち時のように車両が一時停止した時にエンジンのアイドリングを停止させて有害排気ガスの排出量を低減させようとするものにおいて、エンジンを一旦停止させた後、エンジンを再始動させようとしてもバッテリーに十分な電力が確保されていなければ、スムーズにエンジンを再始動させ加速運転を行わせることが出来ない。また、車両の一時停止時にエンジンの冷却水温等の環境条件が適切な範囲にないと、その直後にエンジンをスムーズに再始動させることができない場合がある。
【０００６】
本発明の目的は、このような課題を克服し、バッテリーに常時十分な電力を確保しつつ運転特性にも優れたハイブリッド車の駆動装置及び駆動方法を提供することにある。
【０００７】
本発明の他の目的は、排気ガス対策として車両の一時停止時にエンジンのアイドリングを停止させて有害排気ガスの排出量を低減させる場合に、アイドリング停止後の再始動や加速運転をスムーズに行わせることが出来るハイブリッド車の駆動装置及び駆動方法を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明は、エンジンと、該エンジンに連結されたモータ／ジェネレータと、該モータ／ジェネレータに電力変換器を介して接続されたバッテリーと、車の運転状態に応じて前記エンジンや前記モータ／ジェネレータを制御するコントローラとを備えたハイブリッド車駆動装置において、前記コントローラは、前記エンジンを操作するアクセル開度と前記バッテリーの充電率に応じて前記エンジン及び前記モータ／ジェネレータを制御するための複数の運転モードを有しており、前記バッテリーの充電率が低いときは、前記エンジンを車及び前記モータ／ジェネレータの駆動源として運転し該モータ／ジェネレータで発電された電力を前記バッテリーに回収するエンジン走行発電モードとし、前記バッテリーの充電率が高くかつ前記アクセル開度もしくは該アクセル開度の変化率が大きいときは前記エンジン及び前記モータ／ジェネレータを車の駆動源として運転する加速モードとし、前記バッテリーの充電率が高くかつ前記アクセル開度が小さいときは前記エンジンのみを車の駆動源として運転させるエンジン走行モードとすることを特徴とする。
【０００９】
本発明の他の特徴は、前記コントローラが、キースイッチがオン、アクセルがオフで車の速度が所定値以下、かつ前記バッテリーの充電率が所定値以上の場合には、エンジン停止モードとして、前記エンジンを停止させることにある。
【００１０】
本発明の他の特徴は、前記コントローラが、前記停止条件に加えて、エンジンの冷却水温度が所定値ＴＳ以上でかつ停止状態の車体の傾斜角度が所定値θ以下の場合に、エンジン停止モードとすることにある。
【００１１】
本発明の他の特徴は、エンジンと、該エンジンに連結されたモータ／ジェネレータと、該モータ／ジェネレータに電力変換器を介して接続されたバッテリーと、車の運転状態に応じて前記エンジンや前記モータ／ジェネレータを制御するコントローラとを備えたハイブリッド車の駆動方法において、前記バッテリーの充電率が低いときは、前記エンジンを車及び前記モータ／ジェネレータの駆動源として運転し該モータ／ジェネレータで発電された電力を前記バッテリーに回収するエンジン走行発電モードとし、前記バッテリーの充電率が高くかつ前記アクセル開度もしくは該アクセル開度の変化率が大きいときは前記エンジン及び前記モータ／ジェネレータを車の駆動源として運転する加速モードとし、前記バッテリーの充電率が高くかつ前記アクセル開度が小さいときは前記エンジンのみを車の駆動源として運転させるエンジン走行モードとすることにある。
【００１２】
本発明によれば、ハイブリッド車の燃費低減や加速などの運転特性の改善を図ることか可能となる。特に、キースイッチがオンでも、アクセルがオフになると所定の条件でエンジンのアイドリングを停止させるため、排気ガス対策として車両の一時停止時にエンジンのアイドリングを停止させて有害排気ガスの排出量を低減させることができ、かつ、一時停止時の運転操作が簡単になると共に、その停止後の再始動や加速運転をスムーズに行わせることが出来る。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基づいて本発明の実施例を説明する。図１は、本発明の第一の実施例になるハイブリッド車駆動装置の全体構成図を示すものである。図１において、１はコントローラであり、車の運転状態に応じてエンジン２やモータ／ジェネレータ３等を制御する。モータ／ジェネレータ３とトランスミッション１０の間にクラッチ９が設けられている。自動変速機構を採用する場合、クラッチ９は省略される。モータ／ジェネレータ３は、インバーター４を介してメインバッテリー５から電力の供給を受けると共に、モータ／ジェネレータ３により発電された電力がインバーター４を介してメインバッテリー５に所要の電圧で充電される。７Ａは比較的高い電圧を電源とするのに適した負荷、例えばエンジン２のインジェクタの電磁コイルや給排気弁駆動用電磁バルブ等である。
【００１４】
モータ／ジェネレータ３のローター３１はエンジン２のクランク軸２１に直結されている。３２はモータ／ジェネレータ３のステーター、３３は永久磁石である。なお、モータ／ジェネレータ３のローター３１とエンジン２のクランク軸２１とは、歯車などの動力伝達機構を介して連結しても良い。
【００１５】
６はランプ等の負荷７Ｂに電力を供給する補機バッテリーであり、スイッチング素子（例えばＦＥＴ素子）８を介してメインバッテリー５に接続されている。補機バッテリー６は、スイッチング素子８を約１００ＫＨＺの周波数でオンオフ制御してメインバッテリー５から充電される。メインバッテリー５の電圧は６０Ｖ以下でかつ補機バッテリー６よりも高い電圧、例えば４８Ｖや３６Ｖに制御される。エンジン２の燃料噴射弁を駆動する電磁コイル等の電源をメインバッテリー５とすることにより、例えば燃料噴射弁の応答性を高くすることができる。一方、補機バッテリー６の電圧はメインバッテリー５の電圧よりも低い値、例えば１２Ｖまたは２４Ｖに制御される。
【００１６】
メインバッテリー５の電圧が低いために感電害が回避出来ることから、メインバッテリー５と補機バッテリー６のマイナス（アース）ラインは共通とし、特別の配線を省略することが出来る。ただし、必要に応じて、メインバッテリー５と補機バッテリー６のプラスラインとマイナス（アース）ラインを個別に設ける二線方式としても良い。
【００１７】
コントローラ１は、車の運転状態やメインバッテリーの充電状態に応じてエンジン２やモータ／ジェネレータ３等の動作を制御する。車の走行中モータ／ジェネレータ３により発電され、メインバッテリー５に貯蔵された電力は、排気ガスが問題となる発進、加速時や動力不足時等に、エンジンに替えてあるいはエンジンを補助する動力源として、モータ／ジェネレータ３を駆動するのに利用される。また、得られた電力はランプその他の補機電装品に使用しても差し支えない。ただし、メインバッテリー５の貯蔵量が予め決めた値以下の場合には、補機への電力供給は行わない。
【００１８】
図２に、コントローラ１の詳細構成例を示す。コントローラ１は、統合制御ユニット１１、モータ／ジェネレータコントローラ１２、エンジンコントローラ１３、補機バッテリーコントローラ１４から構成される。
【００１９】
統合制御ユニット１１は、運転モード判定処理部を有しており、キースイッチ、アクセルスイッチ（アクセルのオンオフ）、アクセル開度センサー、ブレーキスイッチ、車速センサー、傾斜スイッチ、バッテリー電圧センサー等の各情報が入力される。統合制御ユニット１１はこれらの情報をもとに車の運転モードを判定し、運転指令ＮＭＧ＊、τＭＧ＊、τＮＥ＊、ＶＢｓ＊、Ｓ＊の演算をおこない、各運転指令をモータ／ジェネレータコントローラ１２、エンジンコントローラ１３、補機バッテリーコントローラ１４、変速機８にそれぞれ出力する。
【００２０】
モータ／ジェネレータコントローラ１２は、運転指令ＮＭＧ＊、τＭＧ＊、とモータ／ジェネレータ３の回転数や電流の情報から、インバーター４を制御するＰＷＭ信号を生成し出力する。なお、モータ／ジェネレータは、運転指令τＭＧ＊が＋のときは電動機、運転指令τＭＧ＊が−のときは発電機として機能する。
【００２１】
エンジンコントローラ１３は、運転指令τＮｅ＊とエンジン回転数Ｎに基づいて、燃料の噴射量や点火時期、給排気弁の開閉を制御する。
【００２２】
補機バッテリーコントローラ１４は、補機バッテリーの電圧が指令ＶＢｓ＊に一致するように、ＰＷＭ信号を生成出力し、スイッチング素子８をチョッパ制御し、補機バッテリーの充電率を所定値に維持する。
【００２３】
図３に、モータ／ジェネレータコントローラ１２の詳細構成例を示す。モータ／ジェネレータコントローラ１２は、ｉｄｉｑ検出手段１２４、ｉｄ、ｉｑ電流制御手段１２５、２／３相変換手段１２１、ＰＷＭ制御手段１２２及び位相演算手段１２０、速度演算手段１２３を備えている。速度演算手段１２３は、エンコーダ１５に接続され、位相演算手段１２０は磁極位置検出手段１６に接続されている。モータ／ジェネレータコントローラ１２はさらに、トルク指令生成部１２８、Ｉｑ制御手段１２７及びＩｄ制御手段１２６を備えている。
【００２４】
トルク指令生成部１２８には、運転指ＮＭＧ＊または目標トルク指令τＭＧ＊が入力される。エンジンのクランキング時のように、モータ／ジェネレータの回転数を所定値に正確に制御したい場合には、モータ／ジェネレータの回転数ＮＭＧを直接指示する運転指令ＮＭＧ＊が与えられる。また、加速運転時のように、モータ／ジェネレータに所定トルクを発生させたい場合には、直接、目標トルク指令τＭ＊が与えられる。さらに、モータ／ジェネレータを発電機として作用させる場合には、与えられる目標トルク指令τＭＧ＊の値が負となる。
【００２５】
運転指令ＮＭＧ＊が与えられた場合、トルク指令演算部１２８は、運転指令ＮＭＧ＊とエンコーダ１５からのパルス信号から速度演算手段１２３で演算した回転数をもとに、トルク指令値τＭＧ＊を演算する。このトルク指令値τＭＧ＊または直接与えられた目標トルク指令τＭＧ＊をもとに、Ｉｑ制御手段１２７において、トルク分電流に相当するｑ軸電流の指令値Ｉｑ＊を算出する。一方、ｄ軸電流の指令値Ｉｄ＊は、Ｉｄ制御手段１２６において、トルク指令値τＭＧ＊と速度演算手段１２３で演算した回転数をもとに、損失最小となるＩｄ＊を算出する。このようにして、モータ／ジェネレータコントローラ１２は、モータ／ジェネレータ３の高効率制御に必要な電流指令値Ｉｑ＊，Ｉｄ＊を算出する。
【００２６】
ＩｄＩｑ検出手段１２４は、電流検出器１７で検出した電動機電流の３相交流電流について３相／２相の座標変換してｄ、ｑ軸電流Ｉｄ，Ｉｑを処理し算出する。これらの検出値と指令値Ｉｑ＊，Ｉｄ＊をもとにＩｄＩｑ電流制御手段１２５は、比例あるいは比例積分電流制御処理を行い、電圧指令値Ｖｑ＊，Ｖｄ＊を算出する。
【００２７】
さらに、２／３相変換手段１２１において、２相／３相の座標変換をして３相交流電圧指令値ＶＵ＊，ＶＶ＊，ＶＷ＊を算出する。ＰＷＭ制御手段１２２はこの電圧指令値ＶＵ＊，ＶＶ＊，ＶＷ＊から三角波信号の搬送波信号との比較処理を行って、インバータ４のＰＷＭ信号を発生し、インバータ４を駆動する。このようにしてモータ／ジェネレータ３にＰＷＭ制御された電圧を印加することにより、電動機電流を電流指令値Ｉｑ＊，Ｉｄ＊に制御する。
【００２８】
なお、２／３相変換処理１２１、ＩｄＩｑ検出手段１２４の座標変換処理で使用する位相角θ１，θ２は、位相演算手段１２０において、モータ／ジェネレータ３の誘起電圧と同位相の信号を出力する磁極位置検出器１６、回転角度信号（パルス信号）を出力するエンコーダ１５の各出力から算出する。
【００２９】
このような処理を行って、モータ／ジェネレータ３はトルク指令値τＭ＊のトルクで、かつ損失最小の高効率で制御される。
【００３０】
図４に、エンジンコントローラ１３及びこのエンジンコントローラ１３で制御されるエンジンの構成例を示す。
【００３１】
２０は、吸入空気の量を制御する絞弁を備えた絞弁組立体すなわちスロットルボディであり、２１にはエアクリーナ、出口にはエンジン２６の各気筒に空気を分岐供給する複数の吸気分岐管２２が接続されている。２３は吸気分岐管２２に取付けられた電子制御式の燃料噴射弁である。エンジンの吸込側には電磁弁２５で駆動される吸気弁２４があり、吐出側には電磁弁３０で駆動される排気弁２９が設けられている。排気管２８にはＯ２センサ３１が設けられている。エンジンコントローラ１３には、水温センサ３２，カム角センサ１８，吸気分岐管２２の圧力センサ，絞弁の開度を検知するスロットルセンサ等の各出力を入力として、燃料噴射弁２３、イグニッションコイル２７，ＩＳＣバルブ、燃料ポンプ３２等に対して制御信号を出力する。３１は燃料ポンプリレーである。３０は燃料室であり、燃料は、燃料ポンプ３２により吸い出され、燃料配管３３を経てプレッシャーレギュレータで調圧された後、燃料噴射弁２３に至る。燃料噴射弁２３の適正な噴射量は、各種センサからの入力を基にエンジンコントローラ１３により算出されて決定される。
【００３２】
コントローラ１３は、入力回路１３１、Ａ／Ｄ変換部１３２、中央演算部１３３、ＲＯＭ１３８、ＲＡＭ１３９、及び出力回路１３６を含んだコンピュータにより構成されている。入力回路１３１は、入力信号１３０（例えば、運転指令τＮＥ＊や冷却水温センサやスロットル開度センサ等からの信号）を受け付けて、該信号からノイズ成分の除去等を行い、当該信号をＡ／Ｄ変換部１３２に出力する。Ａ／Ｄ変換部１３２は、該信号をＡ／Ｄ変換し、中央演算部１３３に出力する。中央演算部１３３は、該Ａ／Ｄ変換結果を取り込み、ＲＯＭ１３８等の媒体に記憶された燃料噴射制御プログラムやその他の制御のために所定の制御プログラムを実行することによって、前記各制御を行う機能を備えている。
【００３３】
なお、演算結果及び前記Ａ／Ｄ変換の結果は、ＲＡＭ１３９に一時保管されると共に、該演算結果は、出力回路１３６を通じて制御出力信号１３７として出力され、燃料噴射弁２３、イグニッションコイル２７，ＩＳＣバルブ、電磁弁２５、３０及び燃料ポンプ３２等の制御に用いられる。電磁弁２５、３０の開閉のタイミングは、カム角センサ１８の出力をもとに演算される。
【００３４】
なお、燃料噴射弁２３、電磁弁２５および電磁弁３０の電力は、バッテリ５から供給される。
【００３５】
本発明のハイブリッド車駆動装置は、図５に一例を示すような、所定の運転モードに基づき駆動される。すなわち、あらかじめ設定された複数の運転モードのいずれかを車の運転状態、例えばアクセル開度や変速機の状態などにもとづいて選択し、各運転モードに応じて、車両の目標トルクや車両速度などの走行条件を決定し、有害排気ガスの低減や燃費の向上の観点から最適な駆動源を選定する。車両の駆動装置が出力すべき目標トルクは、例えば演算により求められる。
【００３６】
図５に示すように、運転モードとしては次のようなものがあり、これらは、車両のアクセルやクラッチのオン、オフに応じて、いずれかが選定される。
【００３７】
（１） 始動モード１
キースイッチがオンでかつ、スタータースイッチがオンの時、モータ／ジェネレータを回転させ、エンジンを起動させる。運転指令として、エンジン回転５０〜１００ＲＰＭに相当するＮＭＧ＊を出力する。なお、τＮＥ＊＝０、ＶＢｓ＊＝ＯＦＦ、Ｓ＊＝ＯＦＦとする。モータ／ジェネレータの代わりにスターターモータ（図示せず）を用いても良い。
【００３８】
（２） 始動モード２
キースイッチがオンのまま、エンジンが一旦停止した後、アクセルスイッチがオン、クラッチがオフの状態で、モータ／ジェネレータまたはスターターモータによりエンジンを始動させる。運転指令ＮＭＧ＊は、始動モード１の場合と同じ。
【００３９】
（３） アイドリングモード
エンジン始動後に、キースイッチがオン、アクセルスイッチがオフで、かつ、エンジン停止モードが成立しない場合、エンジンをアイドル回転させる。バッテリーの充電率が高いときは、運転指令として、エンジンのアイドリング回転数６００〜７００ｒｐｍに相当するＮＭＧ＊を出力する。なお、τＭＧ＊＝０、ＶＢｓ＊＝ＯＦＦ、Ｓ＊＝ＯＦＦとする。ただし、メインバッテリーの充電率が低い、例えばバッテリー電圧ＶＢＭが所定値以下の場合には、所定のτＮＥ＊を出力し、（τＭＧ＊＞０）、モータ／ジェネレータを回転させて、メインバッテリーの充電も行う。
【００４０】
（４） エンジン走行発電モード
メインバッテリーの充電率が所定値ＶＢＭＨ（例えば７０％）に達していない場合、モータ／ジェネレータを発電機として使用し、バッテリーを充電しながら走行する。アクセル開度が大きいとき（目標トルクＴＡ以上）は、メインバッテリーの充電率が所定値ＶＢＭＳ（例えば４０％）以下で、エンジン走行発電モードとする。このときは、運転指令Ｓ＊＝ＯＮ、ＶＢｓ＊＝ＯＮとする。また、τＭＧ＊として、アクセル開度に対応したエンジン回転数相当値に、モータ／ジェネレータを駆動するためのトルク相当値を加算して出力する。モータ／ジェネレータは、例えば、４８Ｖで３ＫＷ〜４ＫＷの出力を発生する。τＮＥ＊は、モータ／ジェネレータが所定の定格電力を発生するような値とする。
【００４１】
（５） 加速モード
バッテリーの充電率が所定値ＶＢＭＳを超えている場合で、かつ、アクセル開度が大きいとき（目標トルクＴＡ以上）、エンジンのみならず、モータ／ジェネレータも車の加速のための動力源として利用する。運転指令Ｓ＊＝ＯＮとする。また、エンジンとモータ／ジェネレータによりアクセル開度に対応した加速トルクが出力されるように、τＭＧ＊、τＮＥ＊を決定し、出力する。なお、ＶＢｓ＊＝ＯＦＦとするのが望ましい。
【００４２】
（６） エンジン走行モード
バッテリーの充電率が所定値（ＶＢＭＨ）を超えている場合で、かつ、アクセル開度が大きくないとき（目標トルクＴＡ未満）、エンジンのみで運転する。運転指令Ｓ＊＝ＯＮとする。また、τＭＧ＊＝０とし、τＮＥ＊はアクセル開度に対応したエンジン回転数相当値を出力する。
【００４３】
（７） 回生モード
キースイッチがオン、アクセルスイッチがオフで、かつ、車の速度が０より大きく、かつ、バッテリーの充電率が所定値（ＶＢＭＨ）に達していない場合、モータ／ジェネレータを発電機として使用し、バッテリーを充電しながら減速走行する。運転指令Ｓ＊＝ＯＮ、ＶＢｓ＊＝ＯＮとし、τＮＥ＊＝０とする。τＭＧ＊は負として、モータ／ジェネレータが所定の定格電力を発電するような値とする。ブレーキスイッチがオンの場合は、τＭＧ＊を増加させて制動力を増加させる。バッテリーの充電率が所定値以上のときは、τＭＧ＊＝０とする。
【００４４】
（８） エンジン停止モード
次の（ａ）または（ｂ）のいずれかの条件が成立するとき、エンジンを停止させる。
【００４５】
（ａ）キースイッチがオフ。
【００４６】
（ｂ）キースイッチがオン、アクセルスイッチがオフで、かつ、車速が０、バッテリーの充電率が所定値以上（またはバッテリ電圧が所定値ＶＢＭＳ以上）である。要件として、さらに、エンジンの冷却水温度が所定値ＴＳ以上、停止状態の車体の傾斜角度が所定値θ以下であり、エアコンなどの補助機器類のスイッチがオフになっている場合などを付加してもよい。
【００４７】
エンジン停止モードでは、運転指令Ｓ＊＝ＯＦＦ、ＶＢｓ＊＝ＯＦＦ、τＮＥ＊＝０、ＮＭＧ＊＝０とする。
【００４８】
エンジン停止モードを設定するのは、車の再スタートや安全に配慮したものである。例えば、バッテリ電圧が低かったりエンジンの冷却水温度が低いと、一時停止の後の再スタートの際、エンジンの始動が困難になる。そこで、エンジンの再始動に適さない状態のときは、アクセルスイッチがオフとなった後も若干の時間エンジンのアイドリンク運転を継続し、バッテリーを充電したりエンジンを温めておく。また、傾斜地に一時的に停止する場合、車が自重で走り出さないように、エンジンのアイドリンク運転を継続して必要なトルクを確保する。さらに、補機バッテリの電圧がエアコンなどの補助機器類の運転を継続させるのに十分でないときは、アイドリンク運転を継続して必要な動力を確保する。
【００４９】
次に、図６は、コントローラ１の動作フローの概要を示す図である。キースイッチがオンの場合、起動モード１で運転を開始する。初期設定として始動モード１の設定を行い、モータ／ジェネレータ３の運転指令ＮＭＧ＊を出力し、モータ／ジェネレータ３のみで運転する（ステップ６０２、６０４）。ただし、メインバッテリー５の貯蔵量（充電率）が予め決めた値以下の場合には、貯蔵量を確保するための必要な手段をとる。つぎに、アクセルの開度、クラッチ、キースイッチなどの状態を検知する。また車両速度、エンジン回転数、エンジンの冷却水温度、傾斜センサ、補助機器類のスイッチのオン、オフ状態も検知する（ステップ６０６）。
【００５０】
さらに、メインバッテリー５や補機バッテリー６の電圧により、バッテリーの貯蔵量（充電率）を求める（ステップ６０８）。
【００５１】
そして、検出した各種値から、運転モードの変更が必要か否か判断する（ステップ６１０）。もし、運転モードを変更する必要がある場合、運転モードの変更を行う（ステップ６１２）。次に、設定された運転モードに従って前記検出値に基づき運転指令ＮＭＧ＊又はτＭＧ＊、ＮＥ＊、ＶＢ＊、Ｓ＊の演算を行い、出力する（ステップ６１４）。この処理を、キースイッチがオフになるまで繰り返す。キースイッチがオフになれば、運転停止の処理を行う（ステップ６１６、６１８）。
【００５２】
図７は、図１のハイブリッド車駆動装置による、走行時の運転条件と各駆動源の動作状態との関係の一例を示している。キースイッチがオン（Ｔ０）となり起動状態となった後、まず、モータ／ジェネレータ３をエンジンクランキング用のモータとして機能させてエンジンを始動させ、燃料噴射を開始する。さらに、エンジンが始動しアイドリング回転数に達した（Ｔ２）後、クラッチ９をオンにし、車に駆動力を伝達する。アイドリング時にバッテリーの充電率が低いときは、モータ／ジェネレータ３を発電機として駆動し、バッテリーを充電する。
【００５３】
アクセルがＯＮ状態すなわちアクセルが踏み込まれた（Ｔ３）後は、アクセル開度に応じて、エンジンの回転数も増大し、車速が増大する。バッテリーの充電率が高く、アクセル開度すなわち目標トルクが大きいときは、加速モードとなり、メインバッテリー５に蓄えられた電力によりモータ／ジェネレータ３をモータとして駆動し、車の加速を助ける。
【００５４】
バッテリーの充電率が高く、かつ、車速がＳＡを超え、かつアクセル開度が比較的小さいときは（Ｔ４）、モータ／ジェネレータ３を停止させ、エンジンのみで運転する（エンジン運転モード）。
【００５５】
バッテリーの充電率が低いときは（Ｔ５−Ｔ６）、エンジン走行発電モードとなり、エンジンの余力を利用してモータ／ジェネレータ３を発電機として駆動し、主バッテリーや補機バッテリーを充電する。バッテリーが十分に充電されたときは、モータ／ジェネレータ３の駆動を停止する。
【００５６】
ブレーキがＯＮとなりアクセルがＯＦＦ状態すなわちアクセルの踏み込みが停止された（Ｔ６）後は、減速状態となる。減速時にバッテリーの充電率が低いときは、回生モードとなり、モータ／ジェネレータ３は、車の慣性エネルギーを利用した発電機として機能し、メインバッテリー５に電力を回収する。バッテリーが十分に充電されたときは、モータ／ジェネレータ３の駆動を停止する。
【００５７】
アクセルがＯＦＦ状態で車の速度が所定値、例えばゼロまで減速したとき（Ｔ７）、エンジン停止モードが成立するか判定する。キースイッチがオンでも、アクセルスイッチがオフで、かつ、車速が０、バッテリ電圧が所定値ＶＢＳ以上である場合、エンジン停止モードが成立するので、エンジンを停止させる。エンジン停止モードの条件として、さらに、エンジンの冷却水温度が所定値ＴＳ以上、停止状態の車体の傾斜角度が所定値θ以下であり、エアコンなどの補助機器類のスイッチがオフになっているなどの条件を付加してもよい。
【００５８】
もし、（Ｔ７）でエンジン停止モードが成立しない場合には、アイドリングモードを継続しエンジンの回転を持続させる。その間に、エンジンの冷却水温度の上昇などエンジン停止モードが成立する状態になれば（Ｔ８）、エンジンを停止させる。
【００５９】
エンジンの停止後、キースイッチがオンのままで、アクセルスイッチが再びオンになれば（Ｔ９）、始動モード２によりエンジンの始動を行い（Ｔ１０）、アクセル開度に応じた加速運転を行う（Ｔ１２）。
【００６０】
キースイッチがオフになれば（Ｔ１３）、エンジン停止モードが成立するので、エンジンを停止させる。
【００６１】
このように、バッテリーの充電率と走行時の運転条件とに基づいて、各駆動源の動作状態の関係を適正に制御することにより、ハイブリッド車駆動システム全体としての燃費や運転特性の向上を図りつつ、有害排気ガス成分の排出量の低減を図ることが出来る。
【００６２】
図７の上記例で、（Ｔ６）が信号機の前での減速、（Ｔ７）〜（Ｔ９）は信号待ちの状態とした場合、（Ｔ８）〜（Ｔ９）の期間は、エンジンのアイドリングを停止させ、有害排気ガスの排出量を抑制することが出来る。また、（Ｔ７）〜（Ｔ８）の期間で、バッテリ電圧やエンジンの冷却水温度の維持に配慮しているので、（Ｔ９）では、アイドリングを停止した後であるにもかかわらず、スムーズにエンジンを再始動させることが出来る。
【００６３】
次に、補機バッテリーコントローラ１４は、図８に示すように、ディューティ演算部１４１と、ＰＷＭ制御部１４２とを備えている。ディューティ演算部１４１は、メインバッテリー５の充電率（電圧ＶＢＭ）に対して所定の関係にある指令ＶＢｓ＊と補機バッテリーの電圧ＶＢｓとから、ディューティαを演算する。図９に示すように、電圧ＶＢＭが大きくなるほど、ディューティαは小さくなる。ＰＷＭ制御部１４２は、ディューティαに対応したＰＷＭ信号を生成し、スイッチング素子８をチョッパ制御する。
【００６４】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、ハイブリッド車の燃費低減や加速などの運転特性の改善を図ることか可能となる。特に、キースイッチがオンでも、アクセルがオフになると所定の条件でエンジンのアイドリングを停止させるため、排気ガス対策として車両の一時停止時にエンジンのアイドリングを停止させて有害排気ガスの排出量を低減させることができ、かつ、一時停止時の運転操作が簡単になると共に、その停止後の再始動や加速運転をスムーズに行わせることが出来る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第一の実施例になるハイブリッド車駆動装置の全体構成を示す図である。
【図２】図１のコントローラの詳細構成例を示す図。
【図３】図２のモータ／ジェネレータコントローラの詳細構成例を示す図。
【図４】図２のエンジンコントローラ及びこのエンジンコントローラで制御されるエンジンの構成例を示す図。
【図５】本発明のハイブリッド車駆動装置の運転モードの例を示す図。
【図６】図１のコントローラの動作フローの概要を示す図。
【図７】図１のハイブリッド車駆動装置による、走行時の運転条件と各駆動源の動作状態の関係の一例を示す図。
【図８】図２の補機バッテリーコントローラの構成例を示す図。
【図９】ディューティαと主バッテリーの電圧ＶＢＭ及び補機バッテリーの電圧ＶＢｓの関係を示す図。
【符号の説明】
１…コントローラ、２…エンジン、３…モータ／ジェネレータ、４…インバーター、５…メインバッテリー、６…補機バッテリー、８…スイッチング素子、１１…統合制御ユニット、１２…モータ／ジェネレータコントローラ、１３…エンジンコントローラ、１４…補機バッテリーコントローラ。
【発明の属する技術分野】
本発明は、エンジンとモータ／ジェネレータの双方を駆動源とするハイブリッド車の駆動装置及び駆動方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、特開平９−６５５０８号公報に記載されているように、エンジンの発電機を駆動して電力を発生させ、その電力で走行用モータを駆動して走行するハイブリッド車両が知られている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
従来のハイブリッド車において、燃費低減及び排気浄化は、走行状態に応じ適切に駆動源を切り換える、例えば排気ガスが問題となる発進、加速時にモータ駆動とすることなどにより行なわれている。また、アイドリング時にエンジンを停止させることも、排気ガス対策として、有効な方法である。
【０００４】
しかし、ハイブリッド車において、バッテリーに十分な電力を確保して走行距離の延長を図りながら、かつ良好な運転特性の維持を図るためには、まだ、解決すべき問題がある。
【０００５】
排気ガス対策として、例えば、信号待ち時のように車両が一時停止した時にエンジンのアイドリングを停止させて有害排気ガスの排出量を低減させようとするものにおいて、エンジンを一旦停止させた後、エンジンを再始動させようとしてもバッテリーに十分な電力が確保されていなければ、スムーズにエンジンを再始動させ加速運転を行わせることが出来ない。また、車両の一時停止時にエンジンの冷却水温等の環境条件が適切な範囲にないと、その直後にエンジンをスムーズに再始動させることができない場合がある。
【０００６】
本発明の目的は、このような課題を克服し、バッテリーに常時十分な電力を確保しつつ運転特性にも優れたハイブリッド車の駆動装置及び駆動方法を提供することにある。
【０００７】
本発明の他の目的は、排気ガス対策として車両の一時停止時にエンジンのアイドリングを停止させて有害排気ガスの排出量を低減させる場合に、アイドリング停止後の再始動や加速運転をスムーズに行わせることが出来るハイブリッド車の駆動装置及び駆動方法を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明は、エンジンと、該エンジンに連結されたモータ／ジェネレータと、該モータ／ジェネレータに電力変換器を介して接続されたバッテリーと、車の運転状態に応じて前記エンジンや前記モータ／ジェネレータを制御するコントローラとを備えたハイブリッド車駆動装置において、前記コントローラは、前記エンジンを操作するアクセル開度と前記バッテリーの充電率に応じて前記エンジン及び前記モータ／ジェネレータを制御するための複数の運転モードを有しており、前記バッテリーの充電率が低いときは、前記エンジンを車及び前記モータ／ジェネレータの駆動源として運転し該モータ／ジェネレータで発電された電力を前記バッテリーに回収するエンジン走行発電モードとし、前記バッテリーの充電率が高くかつ前記アクセル開度もしくは該アクセル開度の変化率が大きいときは前記エンジン及び前記モータ／ジェネレータを車の駆動源として運転する加速モードとし、前記バッテリーの充電率が高くかつ前記アクセル開度が小さいときは前記エンジンのみを車の駆動源として運転させるエンジン走行モードとすることを特徴とする。
【０００９】
本発明の他の特徴は、前記コントローラが、キースイッチがオン、アクセルがオフで車の速度が所定値以下、かつ前記バッテリーの充電率が所定値以上の場合には、エンジン停止モードとして、前記エンジンを停止させることにある。
【００１０】
本発明の他の特徴は、前記コントローラが、前記停止条件に加えて、エンジンの冷却水温度が所定値ＴＳ以上でかつ停止状態の車体の傾斜角度が所定値θ以下の場合に、エンジン停止モードとすることにある。
【００１１】
本発明の他の特徴は、エンジンと、該エンジンに連結されたモータ／ジェネレータと、該モータ／ジェネレータに電力変換器を介して接続されたバッテリーと、車の運転状態に応じて前記エンジンや前記モータ／ジェネレータを制御するコントローラとを備えたハイブリッド車の駆動方法において、前記バッテリーの充電率が低いときは、前記エンジンを車及び前記モータ／ジェネレータの駆動源として運転し該モータ／ジェネレータで発電された電力を前記バッテリーに回収するエンジン走行発電モードとし、前記バッテリーの充電率が高くかつ前記アクセル開度もしくは該アクセル開度の変化率が大きいときは前記エンジン及び前記モータ／ジェネレータを車の駆動源として運転する加速モードとし、前記バッテリーの充電率が高くかつ前記アクセル開度が小さいときは前記エンジンのみを車の駆動源として運転させるエンジン走行モードとすることにある。
【００１２】
本発明によれば、ハイブリッド車の燃費低減や加速などの運転特性の改善を図ることか可能となる。特に、キースイッチがオンでも、アクセルがオフになると所定の条件でエンジンのアイドリングを停止させるため、排気ガス対策として車両の一時停止時にエンジンのアイドリングを停止させて有害排気ガスの排出量を低減させることができ、かつ、一時停止時の運転操作が簡単になると共に、その停止後の再始動や加速運転をスムーズに行わせることが出来る。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基づいて本発明の実施例を説明する。図１は、本発明の第一の実施例になるハイブリッド車駆動装置の全体構成図を示すものである。図１において、１はコントローラであり、車の運転状態に応じてエンジン２やモータ／ジェネレータ３等を制御する。モータ／ジェネレータ３とトランスミッション１０の間にクラッチ９が設けられている。自動変速機構を採用する場合、クラッチ９は省略される。モータ／ジェネレータ３は、インバーター４を介してメインバッテリー５から電力の供給を受けると共に、モータ／ジェネレータ３により発電された電力がインバーター４を介してメインバッテリー５に所要の電圧で充電される。７Ａは比較的高い電圧を電源とするのに適した負荷、例えばエンジン２のインジェクタの電磁コイルや給排気弁駆動用電磁バルブ等である。
【００１４】
モータ／ジェネレータ３のローター３１はエンジン２のクランク軸２１に直結されている。３２はモータ／ジェネレータ３のステーター、３３は永久磁石である。なお、モータ／ジェネレータ３のローター３１とエンジン２のクランク軸２１とは、歯車などの動力伝達機構を介して連結しても良い。
【００１５】
６はランプ等の負荷７Ｂに電力を供給する補機バッテリーであり、スイッチング素子（例えばＦＥＴ素子）８を介してメインバッテリー５に接続されている。補機バッテリー６は、スイッチング素子８を約１００ＫＨＺの周波数でオンオフ制御してメインバッテリー５から充電される。メインバッテリー５の電圧は６０Ｖ以下でかつ補機バッテリー６よりも高い電圧、例えば４８Ｖや３６Ｖに制御される。エンジン２の燃料噴射弁を駆動する電磁コイル等の電源をメインバッテリー５とすることにより、例えば燃料噴射弁の応答性を高くすることができる。一方、補機バッテリー６の電圧はメインバッテリー５の電圧よりも低い値、例えば１２Ｖまたは２４Ｖに制御される。
【００１６】
メインバッテリー５の電圧が低いために感電害が回避出来ることから、メインバッテリー５と補機バッテリー６のマイナス（アース）ラインは共通とし、特別の配線を省略することが出来る。ただし、必要に応じて、メインバッテリー５と補機バッテリー６のプラスラインとマイナス（アース）ラインを個別に設ける二線方式としても良い。
【００１７】
コントローラ１は、車の運転状態やメインバッテリーの充電状態に応じてエンジン２やモータ／ジェネレータ３等の動作を制御する。車の走行中モータ／ジェネレータ３により発電され、メインバッテリー５に貯蔵された電力は、排気ガスが問題となる発進、加速時や動力不足時等に、エンジンに替えてあるいはエンジンを補助する動力源として、モータ／ジェネレータ３を駆動するのに利用される。また、得られた電力はランプその他の補機電装品に使用しても差し支えない。ただし、メインバッテリー５の貯蔵量が予め決めた値以下の場合には、補機への電力供給は行わない。
【００１８】
図２に、コントローラ１の詳細構成例を示す。コントローラ１は、統合制御ユニット１１、モータ／ジェネレータコントローラ１２、エンジンコントローラ１３、補機バッテリーコントローラ１４から構成される。
【００１９】
統合制御ユニット１１は、運転モード判定処理部を有しており、キースイッチ、アクセルスイッチ（アクセルのオンオフ）、アクセル開度センサー、ブレーキスイッチ、車速センサー、傾斜スイッチ、バッテリー電圧センサー等の各情報が入力される。統合制御ユニット１１はこれらの情報をもとに車の運転モードを判定し、運転指令ＮＭＧ＊、τＭＧ＊、τＮＥ＊、ＶＢｓ＊、Ｓ＊の演算をおこない、各運転指令をモータ／ジェネレータコントローラ１２、エンジンコントローラ１３、補機バッテリーコントローラ１４、変速機８にそれぞれ出力する。
【００２０】
モータ／ジェネレータコントローラ１２は、運転指令ＮＭＧ＊、τＭＧ＊、とモータ／ジェネレータ３の回転数や電流の情報から、インバーター４を制御するＰＷＭ信号を生成し出力する。なお、モータ／ジェネレータは、運転指令τＭＧ＊が＋のときは電動機、運転指令τＭＧ＊が−のときは発電機として機能する。
【００２１】
エンジンコントローラ１３は、運転指令τＮｅ＊とエンジン回転数Ｎに基づいて、燃料の噴射量や点火時期、給排気弁の開閉を制御する。
【００２２】
補機バッテリーコントローラ１４は、補機バッテリーの電圧が指令ＶＢｓ＊に一致するように、ＰＷＭ信号を生成出力し、スイッチング素子８をチョッパ制御し、補機バッテリーの充電率を所定値に維持する。
【００２３】
図３に、モータ／ジェネレータコントローラ１２の詳細構成例を示す。モータ／ジェネレータコントローラ１２は、ｉｄｉｑ検出手段１２４、ｉｄ、ｉｑ電流制御手段１２５、２／３相変換手段１２１、ＰＷＭ制御手段１２２及び位相演算手段１２０、速度演算手段１２３を備えている。速度演算手段１２３は、エンコーダ１５に接続され、位相演算手段１２０は磁極位置検出手段１６に接続されている。モータ／ジェネレータコントローラ１２はさらに、トルク指令生成部１２８、Ｉｑ制御手段１２７及びＩｄ制御手段１２６を備えている。
【００２４】
トルク指令生成部１２８には、運転指ＮＭＧ＊または目標トルク指令τＭＧ＊が入力される。エンジンのクランキング時のように、モータ／ジェネレータの回転数を所定値に正確に制御したい場合には、モータ／ジェネレータの回転数ＮＭＧを直接指示する運転指令ＮＭＧ＊が与えられる。また、加速運転時のように、モータ／ジェネレータに所定トルクを発生させたい場合には、直接、目標トルク指令τＭ＊が与えられる。さらに、モータ／ジェネレータを発電機として作用させる場合には、与えられる目標トルク指令τＭＧ＊の値が負となる。
【００２５】
運転指令ＮＭＧ＊が与えられた場合、トルク指令演算部１２８は、運転指令ＮＭＧ＊とエンコーダ１５からのパルス信号から速度演算手段１２３で演算した回転数をもとに、トルク指令値τＭＧ＊を演算する。このトルク指令値τＭＧ＊または直接与えられた目標トルク指令τＭＧ＊をもとに、Ｉｑ制御手段１２７において、トルク分電流に相当するｑ軸電流の指令値Ｉｑ＊を算出する。一方、ｄ軸電流の指令値Ｉｄ＊は、Ｉｄ制御手段１２６において、トルク指令値τＭＧ＊と速度演算手段１２３で演算した回転数をもとに、損失最小となるＩｄ＊を算出する。このようにして、モータ／ジェネレータコントローラ１２は、モータ／ジェネレータ３の高効率制御に必要な電流指令値Ｉｑ＊，Ｉｄ＊を算出する。
【００２６】
ＩｄＩｑ検出手段１２４は、電流検出器１７で検出した電動機電流の３相交流電流について３相／２相の座標変換してｄ、ｑ軸電流Ｉｄ，Ｉｑを処理し算出する。これらの検出値と指令値Ｉｑ＊，Ｉｄ＊をもとにＩｄＩｑ電流制御手段１２５は、比例あるいは比例積分電流制御処理を行い、電圧指令値Ｖｑ＊，Ｖｄ＊を算出する。
【００２７】
さらに、２／３相変換手段１２１において、２相／３相の座標変換をして３相交流電圧指令値ＶＵ＊，ＶＶ＊，ＶＷ＊を算出する。ＰＷＭ制御手段１２２はこの電圧指令値ＶＵ＊，ＶＶ＊，ＶＷ＊から三角波信号の搬送波信号との比較処理を行って、インバータ４のＰＷＭ信号を発生し、インバータ４を駆動する。このようにしてモータ／ジェネレータ３にＰＷＭ制御された電圧を印加することにより、電動機電流を電流指令値Ｉｑ＊，Ｉｄ＊に制御する。
【００２８】
なお、２／３相変換処理１２１、ＩｄＩｑ検出手段１２４の座標変換処理で使用する位相角θ１，θ２は、位相演算手段１２０において、モータ／ジェネレータ３の誘起電圧と同位相の信号を出力する磁極位置検出器１６、回転角度信号（パルス信号）を出力するエンコーダ１５の各出力から算出する。
【００２９】
このような処理を行って、モータ／ジェネレータ３はトルク指令値τＭ＊のトルクで、かつ損失最小の高効率で制御される。
【００３０】
図４に、エンジンコントローラ１３及びこのエンジンコントローラ１３で制御されるエンジンの構成例を示す。
【００３１】
２０は、吸入空気の量を制御する絞弁を備えた絞弁組立体すなわちスロットルボディであり、２１にはエアクリーナ、出口にはエンジン２６の各気筒に空気を分岐供給する複数の吸気分岐管２２が接続されている。２３は吸気分岐管２２に取付けられた電子制御式の燃料噴射弁である。エンジンの吸込側には電磁弁２５で駆動される吸気弁２４があり、吐出側には電磁弁３０で駆動される排気弁２９が設けられている。排気管２８にはＯ２センサ３１が設けられている。エンジンコントローラ１３には、水温センサ３２，カム角センサ１８，吸気分岐管２２の圧力センサ，絞弁の開度を検知するスロットルセンサ等の各出力を入力として、燃料噴射弁２３、イグニッションコイル２７，ＩＳＣバルブ、燃料ポンプ３２等に対して制御信号を出力する。３１は燃料ポンプリレーである。３０は燃料室であり、燃料は、燃料ポンプ３２により吸い出され、燃料配管３３を経てプレッシャーレギュレータで調圧された後、燃料噴射弁２３に至る。燃料噴射弁２３の適正な噴射量は、各種センサからの入力を基にエンジンコントローラ１３により算出されて決定される。
【００３２】
コントローラ１３は、入力回路１３１、Ａ／Ｄ変換部１３２、中央演算部１３３、ＲＯＭ１３８、ＲＡＭ１３９、及び出力回路１３６を含んだコンピュータにより構成されている。入力回路１３１は、入力信号１３０（例えば、運転指令τＮＥ＊や冷却水温センサやスロットル開度センサ等からの信号）を受け付けて、該信号からノイズ成分の除去等を行い、当該信号をＡ／Ｄ変換部１３２に出力する。Ａ／Ｄ変換部１３２は、該信号をＡ／Ｄ変換し、中央演算部１３３に出力する。中央演算部１３３は、該Ａ／Ｄ変換結果を取り込み、ＲＯＭ１３８等の媒体に記憶された燃料噴射制御プログラムやその他の制御のために所定の制御プログラムを実行することによって、前記各制御を行う機能を備えている。
【００３３】
なお、演算結果及び前記Ａ／Ｄ変換の結果は、ＲＡＭ１３９に一時保管されると共に、該演算結果は、出力回路１３６を通じて制御出力信号１３７として出力され、燃料噴射弁２３、イグニッションコイル２７，ＩＳＣバルブ、電磁弁２５、３０及び燃料ポンプ３２等の制御に用いられる。電磁弁２５、３０の開閉のタイミングは、カム角センサ１８の出力をもとに演算される。
【００３４】
なお、燃料噴射弁２３、電磁弁２５および電磁弁３０の電力は、バッテリ５から供給される。
【００３５】
本発明のハイブリッド車駆動装置は、図５に一例を示すような、所定の運転モードに基づき駆動される。すなわち、あらかじめ設定された複数の運転モードのいずれかを車の運転状態、例えばアクセル開度や変速機の状態などにもとづいて選択し、各運転モードに応じて、車両の目標トルクや車両速度などの走行条件を決定し、有害排気ガスの低減や燃費の向上の観点から最適な駆動源を選定する。車両の駆動装置が出力すべき目標トルクは、例えば演算により求められる。
【００３６】
図５に示すように、運転モードとしては次のようなものがあり、これらは、車両のアクセルやクラッチのオン、オフに応じて、いずれかが選定される。
【００３７】
（１） 始動モード１
キースイッチがオンでかつ、スタータースイッチがオンの時、モータ／ジェネレータを回転させ、エンジンを起動させる。運転指令として、エンジン回転５０〜１００ＲＰＭに相当するＮＭＧ＊を出力する。なお、τＮＥ＊＝０、ＶＢｓ＊＝ＯＦＦ、Ｓ＊＝ＯＦＦとする。モータ／ジェネレータの代わりにスターターモータ（図示せず）を用いても良い。
【００３８】
（２） 始動モード２
キースイッチがオンのまま、エンジンが一旦停止した後、アクセルスイッチがオン、クラッチがオフの状態で、モータ／ジェネレータまたはスターターモータによりエンジンを始動させる。運転指令ＮＭＧ＊は、始動モード１の場合と同じ。
【００３９】
（３） アイドリングモード
エンジン始動後に、キースイッチがオン、アクセルスイッチがオフで、かつ、エンジン停止モードが成立しない場合、エンジンをアイドル回転させる。バッテリーの充電率が高いときは、運転指令として、エンジンのアイドリング回転数６００〜７００ｒｐｍに相当するＮＭＧ＊を出力する。なお、τＭＧ＊＝０、ＶＢｓ＊＝ＯＦＦ、Ｓ＊＝ＯＦＦとする。ただし、メインバッテリーの充電率が低い、例えばバッテリー電圧ＶＢＭが所定値以下の場合には、所定のτＮＥ＊を出力し、（τＭＧ＊＞０）、モータ／ジェネレータを回転させて、メインバッテリーの充電も行う。
【００４０】
（４） エンジン走行発電モード
メインバッテリーの充電率が所定値ＶＢＭＨ（例えば７０％）に達していない場合、モータ／ジェネレータを発電機として使用し、バッテリーを充電しながら走行する。アクセル開度が大きいとき（目標トルクＴＡ以上）は、メインバッテリーの充電率が所定値ＶＢＭＳ（例えば４０％）以下で、エンジン走行発電モードとする。このときは、運転指令Ｓ＊＝ＯＮ、ＶＢｓ＊＝ＯＮとする。また、τＭＧ＊として、アクセル開度に対応したエンジン回転数相当値に、モータ／ジェネレータを駆動するためのトルク相当値を加算して出力する。モータ／ジェネレータは、例えば、４８Ｖで３ＫＷ〜４ＫＷの出力を発生する。τＮＥ＊は、モータ／ジェネレータが所定の定格電力を発生するような値とする。
【００４１】
（５） 加速モード
バッテリーの充電率が所定値ＶＢＭＳを超えている場合で、かつ、アクセル開度が大きいとき（目標トルクＴＡ以上）、エンジンのみならず、モータ／ジェネレータも車の加速のための動力源として利用する。運転指令Ｓ＊＝ＯＮとする。また、エンジンとモータ／ジェネレータによりアクセル開度に対応した加速トルクが出力されるように、τＭＧ＊、τＮＥ＊を決定し、出力する。なお、ＶＢｓ＊＝ＯＦＦとするのが望ましい。
【００４２】
（６） エンジン走行モード
バッテリーの充電率が所定値（ＶＢＭＨ）を超えている場合で、かつ、アクセル開度が大きくないとき（目標トルクＴＡ未満）、エンジンのみで運転する。運転指令Ｓ＊＝ＯＮとする。また、τＭＧ＊＝０とし、τＮＥ＊はアクセル開度に対応したエンジン回転数相当値を出力する。
【００４３】
（７） 回生モード
キースイッチがオン、アクセルスイッチがオフで、かつ、車の速度が０より大きく、かつ、バッテリーの充電率が所定値（ＶＢＭＨ）に達していない場合、モータ／ジェネレータを発電機として使用し、バッテリーを充電しながら減速走行する。運転指令Ｓ＊＝ＯＮ、ＶＢｓ＊＝ＯＮとし、τＮＥ＊＝０とする。τＭＧ＊は負として、モータ／ジェネレータが所定の定格電力を発電するような値とする。ブレーキスイッチがオンの場合は、τＭＧ＊を増加させて制動力を増加させる。バッテリーの充電率が所定値以上のときは、τＭＧ＊＝０とする。
【００４４】
（８） エンジン停止モード
次の（ａ）または（ｂ）のいずれかの条件が成立するとき、エンジンを停止させる。
【００４５】
（ａ）キースイッチがオフ。
【００４６】
（ｂ）キースイッチがオン、アクセルスイッチがオフで、かつ、車速が０、バッテリーの充電率が所定値以上（またはバッテリ電圧が所定値ＶＢＭＳ以上）である。要件として、さらに、エンジンの冷却水温度が所定値ＴＳ以上、停止状態の車体の傾斜角度が所定値θ以下であり、エアコンなどの補助機器類のスイッチがオフになっている場合などを付加してもよい。
【００４７】
エンジン停止モードでは、運転指令Ｓ＊＝ＯＦＦ、ＶＢｓ＊＝ＯＦＦ、τＮＥ＊＝０、ＮＭＧ＊＝０とする。
【００４８】
エンジン停止モードを設定するのは、車の再スタートや安全に配慮したものである。例えば、バッテリ電圧が低かったりエンジンの冷却水温度が低いと、一時停止の後の再スタートの際、エンジンの始動が困難になる。そこで、エンジンの再始動に適さない状態のときは、アクセルスイッチがオフとなった後も若干の時間エンジンのアイドリンク運転を継続し、バッテリーを充電したりエンジンを温めておく。また、傾斜地に一時的に停止する場合、車が自重で走り出さないように、エンジンのアイドリンク運転を継続して必要なトルクを確保する。さらに、補機バッテリの電圧がエアコンなどの補助機器類の運転を継続させるのに十分でないときは、アイドリンク運転を継続して必要な動力を確保する。
【００４９】
次に、図６は、コントローラ１の動作フローの概要を示す図である。キースイッチがオンの場合、起動モード１で運転を開始する。初期設定として始動モード１の設定を行い、モータ／ジェネレータ３の運転指令ＮＭＧ＊を出力し、モータ／ジェネレータ３のみで運転する（ステップ６０２、６０４）。ただし、メインバッテリー５の貯蔵量（充電率）が予め決めた値以下の場合には、貯蔵量を確保するための必要な手段をとる。つぎに、アクセルの開度、クラッチ、キースイッチなどの状態を検知する。また車両速度、エンジン回転数、エンジンの冷却水温度、傾斜センサ、補助機器類のスイッチのオン、オフ状態も検知する（ステップ６０６）。
【００５０】
さらに、メインバッテリー５や補機バッテリー６の電圧により、バッテリーの貯蔵量（充電率）を求める（ステップ６０８）。
【００５１】
そして、検出した各種値から、運転モードの変更が必要か否か判断する（ステップ６１０）。もし、運転モードを変更する必要がある場合、運転モードの変更を行う（ステップ６１２）。次に、設定された運転モードに従って前記検出値に基づき運転指令ＮＭＧ＊又はτＭＧ＊、ＮＥ＊、ＶＢ＊、Ｓ＊の演算を行い、出力する（ステップ６１４）。この処理を、キースイッチがオフになるまで繰り返す。キースイッチがオフになれば、運転停止の処理を行う（ステップ６１６、６１８）。
【００５２】
図７は、図１のハイブリッド車駆動装置による、走行時の運転条件と各駆動源の動作状態との関係の一例を示している。キースイッチがオン（Ｔ０）となり起動状態となった後、まず、モータ／ジェネレータ３をエンジンクランキング用のモータとして機能させてエンジンを始動させ、燃料噴射を開始する。さらに、エンジンが始動しアイドリング回転数に達した（Ｔ２）後、クラッチ９をオンにし、車に駆動力を伝達する。アイドリング時にバッテリーの充電率が低いときは、モータ／ジェネレータ３を発電機として駆動し、バッテリーを充電する。
【００５３】
アクセルがＯＮ状態すなわちアクセルが踏み込まれた（Ｔ３）後は、アクセル開度に応じて、エンジンの回転数も増大し、車速が増大する。バッテリーの充電率が高く、アクセル開度すなわち目標トルクが大きいときは、加速モードとなり、メインバッテリー５に蓄えられた電力によりモータ／ジェネレータ３をモータとして駆動し、車の加速を助ける。
【００５４】
バッテリーの充電率が高く、かつ、車速がＳＡを超え、かつアクセル開度が比較的小さいときは（Ｔ４）、モータ／ジェネレータ３を停止させ、エンジンのみで運転する（エンジン運転モード）。
【００５５】
バッテリーの充電率が低いときは（Ｔ５−Ｔ６）、エンジン走行発電モードとなり、エンジンの余力を利用してモータ／ジェネレータ３を発電機として駆動し、主バッテリーや補機バッテリーを充電する。バッテリーが十分に充電されたときは、モータ／ジェネレータ３の駆動を停止する。
【００５６】
ブレーキがＯＮとなりアクセルがＯＦＦ状態すなわちアクセルの踏み込みが停止された（Ｔ６）後は、減速状態となる。減速時にバッテリーの充電率が低いときは、回生モードとなり、モータ／ジェネレータ３は、車の慣性エネルギーを利用した発電機として機能し、メインバッテリー５に電力を回収する。バッテリーが十分に充電されたときは、モータ／ジェネレータ３の駆動を停止する。
【００５７】
アクセルがＯＦＦ状態で車の速度が所定値、例えばゼロまで減速したとき（Ｔ７）、エンジン停止モードが成立するか判定する。キースイッチがオンでも、アクセルスイッチがオフで、かつ、車速が０、バッテリ電圧が所定値ＶＢＳ以上である場合、エンジン停止モードが成立するので、エンジンを停止させる。エンジン停止モードの条件として、さらに、エンジンの冷却水温度が所定値ＴＳ以上、停止状態の車体の傾斜角度が所定値θ以下であり、エアコンなどの補助機器類のスイッチがオフになっているなどの条件を付加してもよい。
【００５８】
もし、（Ｔ７）でエンジン停止モードが成立しない場合には、アイドリングモードを継続しエンジンの回転を持続させる。その間に、エンジンの冷却水温度の上昇などエンジン停止モードが成立する状態になれば（Ｔ８）、エンジンを停止させる。
【００５９】
エンジンの停止後、キースイッチがオンのままで、アクセルスイッチが再びオンになれば（Ｔ９）、始動モード２によりエンジンの始動を行い（Ｔ１０）、アクセル開度に応じた加速運転を行う（Ｔ１２）。
【００６０】
キースイッチがオフになれば（Ｔ１３）、エンジン停止モードが成立するので、エンジンを停止させる。
【００６１】
このように、バッテリーの充電率と走行時の運転条件とに基づいて、各駆動源の動作状態の関係を適正に制御することにより、ハイブリッド車駆動システム全体としての燃費や運転特性の向上を図りつつ、有害排気ガス成分の排出量の低減を図ることが出来る。
【００６２】
図７の上記例で、（Ｔ６）が信号機の前での減速、（Ｔ７）〜（Ｔ９）は信号待ちの状態とした場合、（Ｔ８）〜（Ｔ９）の期間は、エンジンのアイドリングを停止させ、有害排気ガスの排出量を抑制することが出来る。また、（Ｔ７）〜（Ｔ８）の期間で、バッテリ電圧やエンジンの冷却水温度の維持に配慮しているので、（Ｔ９）では、アイドリングを停止した後であるにもかかわらず、スムーズにエンジンを再始動させることが出来る。
【００６３】
次に、補機バッテリーコントローラ１４は、図８に示すように、ディューティ演算部１４１と、ＰＷＭ制御部１４２とを備えている。ディューティ演算部１４１は、メインバッテリー５の充電率（電圧ＶＢＭ）に対して所定の関係にある指令ＶＢｓ＊と補機バッテリーの電圧ＶＢｓとから、ディューティαを演算する。図９に示すように、電圧ＶＢＭが大きくなるほど、ディューティαは小さくなる。ＰＷＭ制御部１４２は、ディューティαに対応したＰＷＭ信号を生成し、スイッチング素子８をチョッパ制御する。
【００６４】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、ハイブリッド車の燃費低減や加速などの運転特性の改善を図ることか可能となる。特に、キースイッチがオンでも、アクセルがオフになると所定の条件でエンジンのアイドリングを停止させるため、排気ガス対策として車両の一時停止時にエンジンのアイドリングを停止させて有害排気ガスの排出量を低減させることができ、かつ、一時停止時の運転操作が簡単になると共に、その停止後の再始動や加速運転をスムーズに行わせることが出来る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第一の実施例になるハイブリッド車駆動装置の全体構成を示す図である。
【図２】図１のコントローラの詳細構成例を示す図。
【図３】図２のモータ／ジェネレータコントローラの詳細構成例を示す図。
【図４】図２のエンジンコントローラ及びこのエンジンコントローラで制御されるエンジンの構成例を示す図。
【図５】本発明のハイブリッド車駆動装置の運転モードの例を示す図。
【図６】図１のコントローラの動作フローの概要を示す図。
【図７】図１のハイブリッド車駆動装置による、走行時の運転条件と各駆動源の動作状態の関係の一例を示す図。
【図８】図２の補機バッテリーコントローラの構成例を示す図。
【図９】ディューティαと主バッテリーの電圧ＶＢＭ及び補機バッテリーの電圧ＶＢｓの関係を示す図。
【符号の説明】
１…コントローラ、２…エンジン、３…モータ／ジェネレータ、４…インバーター、５…メインバッテリー、６…補機バッテリー、８…スイッチング素子、１１…統合制御ユニット、１２…モータ／ジェネレータコントローラ、１３…エンジンコントローラ、１４…補機バッテリーコントローラ。
Claims (11)
- エンジンと、該エンジンに連結されたモータ／ジェネレータと、該モータ／ジェネレータに電力変換器を介して接続されたバッテリーと、車の運転状態に応じて前記エンジンや前記モータ／ジェネレータを制御するコントローラとを備えたハイブリッド車駆動装置において、
前記コントローラは、前記エンジンを操作するアクセル開度と前記バッテリーの充電率に応じて前記エンジン及び前記モータ／ジェネレータを制御するための複数の運転モードを有しており、前記バッテリーの充電率が低いときは、前記エンジンを車及び前記モータ／ジェネレータの駆動源として運転し該モータ／ジェネレータで発電された電力を前記バッテリーに回収するエンジン走行発電モードとし、前記バッテリーの充電率が高くかつ前記アクセル開度もしくは該アクセル開度の変化率が大きいときは前記エンジン及び前記モータ／ジェネレータを車の駆動源として運転する加速モードとし、前記バッテリーの充電率が高くかつ前記アクセル開度が小さいときは前記エンジンのみを車の駆動源として運転させるエンジン走行モードとすることを特徴とするハイブリッド車駆動装置。 - 請求項１記載のハイブリッド車駆動装置において、前記コントローラは、キースイッチがオン、アクセルがオフで車の速度が所定値以下、かつ前記バッテリーの充電率が所定値以上の場合には、エンジン停止モードとして、前記エンジンを停止させることを特徴とするハイブリッド車駆動装置。
- 請求項２記載のハイブリッド車駆動装置において、前記コントローラは、前記停止条件に加えて、エンジンの冷却水温度が所定値ＴＳ以上でかつ停止状態の車体の傾斜角度が所定値θ以下の場合に、エンジン停止モードとすることを特徴とするハイブリッド車駆動装置。
- 請求項２または３に記載のハイブリッド車駆動装置において、前記コントローラは、前記アクセルがオフでかつ前記エンジン停止モードが成立しない場合には、前記エンジンのアイドリング運転を継続し、その後、前記エンジン停止モードが成立した場合に前記エンジンを停止させることを特徴とするハイブリッド車駆動装置。
- 請求項２または３に記載のハイブリッド車駆動装置において、前記エンジンの始動時、前記モータ／ジェネレータをエンジンクランキング用のモータとして所定回転数の運転指令を与えることを特徴とするハイブリッド車駆動装置。
- 請求項２または３に記載のハイブリッド車駆動装置において、前記加速モード時に、前記アクセル開度もしくは該アクセル開度の変化率に応じたトルク指令を前記モータ／ジェネレータに与えることを特徴とするハイブリッド車駆動装置。
- 請求項２または３に記載のハイブリッド車駆動装置において、前記キースイッチがオン、前記アクセルがオフで、かつ、車の速度が０より大きく、かつ、前記バッテリーの充電率が所定値に達していない場合、回生モードとして、前記モータ／ジェネレータを発電機として使用し前記バッテリーを充電することを特徴とするハイブリッド車駆動装置。
- 請求項７に記載のハイブリッド車駆動装置において、前記ブレーキスイッチがオンの場合は、前記モータ／ジェネレータに対するトルク指令を増加させて制動力を増大させることを特徴とするハイブリッド車駆動装置。
- 請求項１に記載のハイブリッド車の駆動装置において、前記エンジンのインジェクタや給排気弁を駆動する電磁コイルの電源を前記メインバッテリとしたことを特長とするハイブリッド車の駆動装置。
- エンジンと、該エンジンに連結されたモータ／ジェネレータと、該モータ／ジェネレータに電力変換器を介して接続されたバッテリーと、車の運転状態に応じて前記エンジンや前記モータ／ジェネレータを制御するコントローラとを備えたハイブリッド車の駆動方法において、
前記バッテリーの充電率が低いときは、前記エンジンを車及び前記モータ／ジェネレータの駆動源として運転し該モータ／ジェネレータで発電された電力を前記バッテリーに回収するエンジン走行発電モードとし、
前記バッテリーの充電率が高くかつ前記アクセル開度もしくは該アクセル開度の変化率が大きいときは前記エンジン及び前記モータ／ジェネレータを車の駆動源として運転する加速モードとし、前記バッテリーの充電率が高くかつ前記アクセル開度が小さいときは前記エンジンのみを車の駆動源として運転させるエンジン走行モードとすることを特徴とするハイブリッド車の駆動方法。 - 請求項１０記載のハイブリッド車の駆動方法において、キースイッチがオン、アクセルがオフで車の速度が所定値以下、前記バッテリーの充電率が所定値以上、エンジンの冷却水温度が所定値ＴＳ以上でかつ停止状態の車体の傾斜角度が所定値θ以下の場合に、エンジン停止モードとして、前記エンジンを停止させることを特徴とするハイブリッド車の駆動方法。
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