JP2004027998A

JP2004027998A - ハイブリッド車両

Info

Publication number: JP2004027998A
Application number: JP2002187463A
Authority: JP
Inventors: Kenichiro Gunji; 軍司　憲一郎
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 2002-06-27
Filing date: 2002-06-27
Publication date: 2004-01-29

Abstract

【課題】アイドル時の点火時期をＭＢＴに制御し、燃費を向上するとともに、ＭＢＴ燃焼時の回転変動を制振することを目的とする。
【解決手段】駆動源としてのエンジン１と、駆動源としての機能とエンジンによって駆動される発電機としての機能とを備えるモータ２と、このモータとの間で電力の授受を行うバッテリ６と、エンジンの出力トルクおよびモータの出力トルクを制御するコントローラ２１〜２５とを備えたハイブリッド車両において、前記コントローラは、前記エンジンの点火時期を燃費効率のよい最小点火進角値でアイドル運転する場合に、エンジンの回転速度変動に応じてモータの目標回転速度を制御する。
【選択図】　　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はハイブリッド車両に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、駆動源としてのエンジンの点火時期を最小点火進角値（以下、ＭＢＴという。）に制御することで燃費が向上することが、例えば、特開２００１−１６５０２３号公報に開示されている。
【０００３】
またハイブリッド車両の燃費向上を目的として、バッテリの充電状態（以下、ＳＯＣという。）が十分である場合には、アイドルストップを実施することが知られる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来技術においては、アイドル時に点火時期をＭＢＴに制御して燃費を向上させると、絞り弁が閉じるために吸気管内の負圧が高くなり残留ガス量が増加する。残留ガスのために燃焼速度が遅くなり、また燃焼変動も大きくなる。したがって、アイドル時には、点火時期をＭＢＴまで進めることができず、アイドル状態での燃費の向上を十分に図ることができない。
【０００５】
また、アイドルストップの許可条件はＳＯＣだけではないため、ＳＯＣが高い場合でも成立する場合がある。たとえばマスタバックの負圧が低く、ブレーキアシスト力が小さい場合やヒータの作動要求がある場合等である。このようなＳＯＣが高い状態からの再始動時にノッキングの発生が懸念されるため、点火時期をＭＢＴに制御することができず、燃費を向上することができない。
【０００６】
そこで本発明は、アイドル時の点火時期をＭＢＴに制御し、燃費を向上するとともに、ＭＢＴ燃焼時の回転変動を制振するハイブリッド車両を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、駆動源としてのエンジンと、駆動源としての機能とエンジンによって駆動される発電機としての機能とを備えるモータと、このモータとの間で電力の授受を行うバッテリと、エンジンの出力トルクおよびモータの出力トルクを制御するコントローラとを備えたハイブリッド車両において、前記コントローラは、前記エンジンの点火時期を燃費効率のよい最小点火進角値でアイドル運転する場合に、エンジンの回転速度変動に応じてモータの目標回転速度を制御する。
【０００８】
【発明の効果】
本発明によれば、最小点火進角値でのアイドル運転時であっても、エンジンの回転変動をモータによるエンジン回転数制御によって抑制することができるとともに、最小点火進角値によるアイドル運転が維持できるため燃費を向上することができる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
本発明が適用されるハイブリッド車両の概要を図１を用いて説明する。
【００１０】
ハイブリッド車両は、車両の駆動源としてのエンジン１と、エンジン１の駆動力をアシストする駆動源としての機能とエンジン１の動力によって発電機としての機能を有するモータ２とを備える。モータ２はエンジンの出力軸に連結され、モータ２の出力トルクをエンジンの出力軸に伝達する。エンジン１とモータ２の駆動力は、トルクコンバータ３および変速機４を介して駆動輪に伝達され、車両が走行する。
【００１１】
モータ２は、インバータ５を介してバッテリ６と接続されており、バッテリ６からの電力供給により駆動する一方、発電機として機能する場合には電力をバッテリ６に供給する。
【００１２】
図２は、ハイブリッド車両の運転を制御するコントローラの概略構成を説明する図である。
【００１３】
コントローラは、ハイブリッドコントロールユニット（ＨＣＵ）２１、エンジンコントロールユニット（ＥＣＵ）２２、変速機コントロールユニット（ＴＣＵ）２３、バッテリコントロールユニット（ＢＣＵ）２４、モータコントロールユニット（ＭＣＵ）２５とから構成され、車両全体の制御を司るＨＣＵ２１に各コントロールユニットから各種信号が送信されて、ＨＣＵ２１では駆動力の演算、アイドルストップの許可判定、モータ２のトルク制御、バッテリ６のＳＯＣ制御、吸気冷却用のファン１８の運転制御、インジェクタ１５の燃料噴射制御、点火プラグ１６の点火時期制御、スロットル弁１７の制御等を行う。なお、ファン１８は、インタークーラ等の吸気冷却装置であってもよい。
【００１４】
ＨＣＵ２１には、ブレーキの作動状態を検出するセンサ７と、マスタシリンダの圧力を検出するセンサ８と、アクセルペダルの操作量を検出するセンサ９と、エアコンディショナ（以下、Ａ／Ｃと示す。）のオン／オフを検出するセンサ１０と、パワーステアリング（以下、Ｐ／Ｓと示す。）の作動を判定するためのハンドルの舵角を検出するセンサ１１と、エンジンの冷却水温を検出するセンサ１２と、マスターバックの負圧を検出するセンサ２０の出力が入力される。
【００１５】
ＥＣＵ２２には、エンジンの回転速度を検出するセンサ１３の出力が入力され、ＴＣＵ２３には、変速機４のセレクトレバーの位置を検出するセンサ１９の出力が入力される。さらにＢＣＵ２４にはバッテリ６のＳＯＣ情報が入力され、ＭＣＵ２５には、モータ２の回転速度を検出するセンサ１４の出力が入力される。
【００１６】
コントローラはこれら入力値に基づいて、点火時期を制御する点火プラグ１６、所定量の燃料を燃焼室内に供給するインジェクタ１５、スロットル弁１７の開度、冷却用フィン１８の作動を制御する。
【００１７】
図３はＨＣＵ２１を構成する演算ブロックとアイドル運転時の制御内容を説明する図である。ＨＣＵ２１はエンジン負荷推定部ａ１と、モータ制御演算部ａ２と、モータ発電トルク演算部ａ３と、モータトルクＦ／Ｂ制御部ａ４と、点火時期演算部ａ５と、エンジン回転速度制御部ａ６とから構成される。
【００１８】
まず、エンジン負荷推定部ａ１にＡ／Ｃスイッチのオン／オフ信号とハンドル舵角信号（＝Ｐ／Ｓの作動信号）と燃料噴射量の前回値とが入力され、エンジンの負荷（補機分）トルクの無負荷時に対する上昇トルク分を演算し、モータ制御演算部ａ２に出力する。モータ制御演算部ａ２には、さらにＢＣＵ２４からＳＯＣ推定値が入力され、エンジンの上昇トルク分に相当するモータのトルクを発生するモータ目標回転速度とファン１８のオン／オフ信号が出力される。さらにモータ制御演算部ａ２は、演算されるモータ出力の制限値に基づくモータの出力不能フラグとモータ出力トルクを出力する。
【００１９】
ＭＣＵ２５から出力されたモータトルク推定値からモータ制御演算部ａ２で演算されたモータ出力トルクを演算ブロックａ８で減算して、補正後モータトルク推定値を求め、モータトルクフィードバック（以下、モータトルクＦ／Ｂと示す。）制御部ａ４に出力する。
【００２０】
モータ発電トルク演算部ａ３にはＳＯＣ推定値が入力されて目標発電トルクを算出し、モータトルクＦ／Ｂ制御部ａ４に出力する。
【００２１】
モータトルクＦ／Ｂ制御部ａ４では、目標発電トルクと補正後モータトルク推定値とから燃料噴射量を算出し、点火時期演算ブロックａ５に出力し、点火時期演算ブロックａ５には、さらにエンジン回転速度が入力されて燃料噴射量と点火時期とを切換ブロックａ７に出力する。
【００２２】
エンジン回転速度が入力されるエンジン回転速度Ｆ／Ｂ制御部ａ６では、回転速度Ｆ／Ｂによって燃料噴射量と点火時期とが演算され、切換ブロックａ７に出力する。
【００２３】
切換ブロックａ７では、モータ制御演算部ａ２からのモータの出力不能フラグに基づき点火時期演算ブロックａ５からの燃料噴射量と点火時期の信号とエンジン回転速度Ｆ／Ｂ制御部ａ６からの燃料噴射量と点火時期の信号と選択する。選択された燃料噴射量の信号はインジェクタ１５に送られるとともに、前述のエンジン負荷推定部ａ１に送られる。また点火時期の信号は点火プラグに送られてエンジン１の点火時期を制御する。
【００２４】
以下、それぞれの演算ブロックに付き、制御内容を詳細に説明する。これは、点火時期をＭＢＴとしたアイドル状態で行われる制御である。
【００２５】
図４に示すフローチャート図は、エンジン負荷推定部ａ１の制御内容を説明するための図である。
【００２６】
まずステップ１で、Ａ／Ｃの作動状態を確認し、作動している場合にはステップ２へ、停止している場合にはステップ３に進む。ステップ２ではＡ／Ｃ分のエンジン負荷を図５に示すようなマップから算出する。図５に示すマップでは、Ａ／Ｃの運転がハイ／ローの２段階で示してあるが、これに限らず多段階あるいは無段階で設定してもよい。一方、ステップ３では、Ａ／Ｃの負荷は０（零）と設定する。
【００２７】
続くステップ４では、Ｐ／Ｓ分のエンジン負荷を図６に示すようなマップを用いて、ハンドルの舵角から算出する。続くステップ５では、その他のエンジン負荷（例えば、他のエンジン補機分の負荷）を図７に示すようなマップからモータ推定トルクとエンジン目標トルクとをＦ／Ｂ制御した結果、演算される燃料噴射量に基づき算出する。
【００２８】
そしてステップ６で、これらＡ／Ｃ分の負荷、Ｐ／Ｓ分の負荷、その他の負荷の総和をエンジン負荷の上昇分として負荷トルクに換算する。
【００２９】
図８は、モータ制御演算部ａ２で実施されるモータ目標回転速度演算とファン１８の駆動判定を説明するフローチャートである。
【００３０】
ステップ１１では、図４で算出したエンジン負荷トルクがノッキングを発生する所定トルク以上か判定する。所定値未満の場合には制御を終了し、所定値以上の場合にステップ１２に進み、ノッキングが発生しないようにノッキング限界を上げるためアイドル目標回転速度（＝モータ目標回転速度）に負荷トルク上昇分に相当する回転速度上昇分を加算し、新たなアイドル目標回転速度とし、これからモータ目標回転速度を算出する。
【００３１】
したがって、エンジンがＭＢＴ（最小点火進角値）でアイドル運転される場合に、エンジンの負荷変動（回転速度変動）に応じてモータの目標回転速度を制御し、最小点火進角値でのアイドル運転を維持できる。具体的にはエンジン補機類の負荷分をモータトルクの上昇によって補うようにモータの目標回転速度を上昇させる。これにより、ＭＢＴでのアイドル運転時であっても、エンジンの回転変動をモータによるエンジン回転数制御によって抑制することができるとともに、ＭＢＴによるアイドル運転が維持できるため燃費を向上することができる。
【００３２】
また、補機類の負荷に基づく負荷トルクがノッキングを発生するトルク以上の場合に、モータの目標回転速度を上昇させるため、ノッキングの発生を防止するとともに、点火時期をＭＢＴとする領域を拡大することができ、燃費を向上することができる。
【００３３】
続くステップ１３で新たなモータ目標回転速度がモータの冷却を必要としない許容値より大きいか判定し、大きい場合にはステップ１４に進み、吸気冷却用の冷却フィン１８を作動する指令信号をフィン１８に送り、ファン１８により吸気温を低下させることでノッキングの防止を図る。許容値以下の場合には、冷却の必要がないため、そのまま制御を終了する。したがって、吸気を冷却するファン１８を備えたため、ノッキングが発生する負荷トルク時にファン１８を作動させて吸気を冷却し、ノッキングを防止することができる。
【００３４】
ここで、設定される許容値は、クラッチなどエンジントルクのタイヤへの伝達を制御する構成を有さないシステムの場合に、アイドル回転速度を上昇させたためにタイヤに過大なトルクが伝達されるのを防止するために設けたものである。
【００３５】
図９は、モータ制御演算部ａ２で実施されるモータ出力トルク演算とモータ出力不能フラグ演算を説明するフローチャートである。
【００３６】
まずステップ２１で、モータ２の故障判断を行い、正常時にはステップ２２に進み、モータ２に作動温度による熱制限があるかを判定する。熱制限があるときには、ステップ２３に進み、図１０に示すようなマップを用いて、熱制限時のモータ２の出力制限値を演算し、ステップ２４に進む。一方、ステップ２２で熱制限がないと判定されたときには、そのままステップ２４に進む。
【００３７】
ステップ２４では、バッテリ７のＳＯＣの状態を判断し、ＳＯＣが所定のＳＯＣ範囲（例えば、ＳＯＣ４０〜７０％）にない場合にステップ２５に進み、ステップ２５では、図１１に示すようなマップからＳＯＣに対するモータ２の出力制限値を算出し、ステップ２６に進む。またステップ２４で、ＳＯＣが所定ＳＯＣ範囲内の場合には、ステップ２６に進む。
【００３８】
一方、ステップ２１でモータ２の故障判定時にはステップ２７に進み、故障モータ出力制限値に０を設定し、ステップ２６に進む。
【００３９】
ステップ２６では、図１２に示すようなマップからモータ２の回転速度が制限される場合の出力制限値を演算する。
【００４０】
そしてステップ２８で、故障時のモータ出力制限値（ステップ２７）、熱制限時のモータ出力制限値（ステップ２３）、高ＳＯＣ時のモータ出力制限値（ステップ２５）、さらに回転速度制限時のモータ出力制限値のうち最も低い制限値をモータ出力制限値として設定する。
【００４１】
ステップ２９では、エンジン負荷推定部ａ１で演算した上昇分モータ負荷トルクとステップ２８で設定したモータ出力制限値とを比較し、小さい方をモータ出力トルク基本値とする。
【００４２】
そして続くステップ３０で、ステップ２７で設定したモータ出力制限値が回転速度制御移行モータ出力制限値より大きいか判定し、大きい場合にはステップ３１に進み、モータ出力トルクとしてモータ出力トルク基本値を設定し、かつモータ出力不能フラグを出力可能を意味する０を立てる。一方、モータ出力制限値が回転速度制御移行モータ出力制限値以下の場合にはステップ３２に進み、モータ出力トルクとして０を設定し、かつモータ出力不能フラグとして出力不能を意味する１を立てる。
【００４３】
したがって、燃料の点火時期をＭＢＴとすることで大きくなるエンジンの回転変動を、制御性のよいモータの出力トルクをエンジンの出力トルクに応じて変化させ、ＭＢＴでのアイドル運転を維持するため、燃焼効率を向上できるとともに、エンジンの回転変動をモータの制御により抑制できる。
【００４４】
なお、ここで回転速度制御移行モータ出力制限値とは、エンジンの制振性能を一定以上確保するのに要求されるモータの閾値である。つまり、モータ出力制限値がこの値以下の状態は、回転数制御にてエンジンを制振することができない状態であり、モータ出力不能フラグを１にセットしてトルク制御に移行する必要があることを意味する。
【００４５】
図１３は、モータ発電トルク演算部ａ３で、ＳＯＣ推定値から目標発電トルクを算出するマップの一例を示す。この場合には、ＳＯＣ４０％まではモータ２は最大発電量で運転され、一方、ＳＯＣ６０％以上で目標発電トルクは０となる。
【００４６】
図１４は、モータトルクＦ／Ｂ制御部ａ４および点火時期演算ブロックａ５で実施される、燃料噴射量と点火時期を演算するためのフローチャート図である。
【００４７】
ステップ４１で目標発電トルクが補正後モータトルク推定値より大きいかを判定し、大きい場合にステップ４２でエンジンの燃料噴射量を増量する。目標発電トルクが補正後モータトルク推定値以下の場合には、ステップ４３に進み、燃料噴射量を減量補正する。
【００４８】
続いてステップ４４で、図１５に示すようなマップを用いて、燃料噴射量とエンジン回転速度からエンジン点火時期を算出する。このマップによれば、エンジン回転速度が速いほど、また燃料噴射量が多いほど（＝負荷が高いほど）に点火時期はＭＢＴから遅角するように制御される。つまり、モータが作動し、トルクを発生させて、エンジンの発生トルクを低下させる場合でも、補正後のモータトルク推定値に応じて点火時期をＭＢＴから遅角させる場合がある。したがって、エンジンの負荷トルクを推定し、負荷トルクが増加してモータによるトルク制御を行っても不充分な場合にはエンジンの点火時期をＭＢＴから遅角させるため、ノッキングを防止することができる。
【００４９】
図９から１６の制御内容をまとめると、図８に示したフローチャートにおいてエンジンの負荷トルクが所定値以上でノッキングの可能性が判定された場合に、エンジンが出力すべきトルクを減少させる必要が生じる。通常、バッテリのＳＯＣが高い場合にはアイドルストップ制御を行い、ノッキングを防止するが、図１６に示したような要件によりアイドルストップできず、エンジンを始動させている場合にはモータでトルクを発生させて、エンジンの出力トルクを低減してエンジンの制振を行うように制御する（エンジンの点火時期はＭＢＴを維持する）。したがって、ＭＢＴでの燃焼時の回転変動を抑制することができるとともに、燃費の向上を図ることができる。
【００５０】
このときエンジンの出力トルクは、補正後モータトルク推定値とモータ発電トルク演算部ａ３で算出される目標発電トルク値をＦ／Ｂ制御させるようにモータトルクＦ／Ｂ制御部ａ４で決定される。補正後モータトルク推定値は演算ブロックａ８でモータトルク推定値からモータ出力トルクを減算してＦ／Ｂ制御を行う。このモータ出力トルクが図９に示したフローチャートに則って演算される。
【００５１】
またモータが出力できない場合には、モータ出力不能フラグ＝１をセットして、図３に示す切換ブロックａ７によって、エンジン制御はエンジン回転速度Ｆ／Ｂ制御部ａ６による回転数Ｆ／Ｂによる空気量演算、点火時期演算に切り替えられる。したがって、モータ出力不可能時に要求負荷が増大した場合には、点火時期をＭＢＴから遅角させてノッキングを防止する。
【００５２】
モータ出力不能状態以外の場合は、目標発電トルクに応じた燃料噴射量がモータトルクＦ／Ｂ制御部ａ４で演算され、この燃料噴射量に応じた点火時期が点火時期演算ブロックａ５で演算される。
【００５３】
図１７は、本発明を時系列で説明するタイミングチャートの一例であり、エンジン負荷としてＡ／Ｃ作動時を想定したものである。
【００５４】
まず時刻ｔ１でＡ／Ｃが作動を開始するとともに、Ａ／Ｃの作動により上昇分の負荷トルク、モータ出力トルクおよびモータトルク推定値が上昇する。また、モータが作動することで、バッテリから電力が供給されて、バッテリのＳＯＣが低下し始める。時刻ｔ２でバッテリのＳＯＣがモータ出力制限開始ＳＯＣを下回る。このため、モータ出力トルクとモータトルク推定値が徐々に低下し、時刻ｔ３で０となる。モータの出力トルクが低減するため、不足分を補完するためエンジンへの燃料噴射が開始され、その量は徐々に増加し、そのときの点火時期はＭＢＴより遅角側に制御される。
【００５５】
時刻ｔ３で、発電が開始されて、ＳＯＣが増加に転じるとともに、モータ出力トルクは０に、モータトルク推定値と補正後モータトルク推定値は減少し、マイナス値となる。このとき燃料噴射量は、Ａ／Ｃ負荷分に発電負荷分を考慮した量となる。ここで目標発電トルクと補正後モータトルク推定値が一致するように制御される。
【００５６】
時刻ｔ４でＳＯＣが、モータ出力制限開始ＳＯＣに達し、以降、燃料噴射量は一定量となり、ＳＯＣが徐々に増加傾向を維持する。モータトルク推定値と補正後モータトルク推定値の減少傾向はとまり、一定値を維持する。また燃料の点火時期も時刻ｔ４以降一定値を維持する。
【００５７】
本発明は、上記した実施形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想の範囲内でさまざまな変更がなしうることは明白である。
【図面の簡単な説明】
【図１】車両システムの構成を示す図である。
【図２】センサ−コントローラ構成図である。
【図３】演算ブロック図である。
【図４】負荷トルク推定演算フローチャートである。
【図５】Ａ／Ｃ負荷トルクを算出するマップである。
【図６】Ｐ／Ｓ負荷を算出するマップである。
【図７】その他の負荷トルクを算出マップである。
【図８】ＳＯＣ条件以外でのアイドルストップ禁止条件の一例である。
【図９】モータ目標回転数演算／ファンオン／オフ判定演算フローチャートである。
【図１０】モータ出力トルク／モータ出力不能フラグ演算フローチャートである。
【図１１】モータ温度とモータ出力制限値との関係を示す図である。
【図１２】バッテリＳＯＣとモータ出力制限値との関係を示す図である。
【図１３】モータ回転速度とモータ出力制限値との関係を示す図である。
【図１４】バッテリＳＯＣと目標発電トルクとの関係を示す図である。
【図１５】燃料噴射量演算／点火時期演算フローチャートである。
【図１６】遅角量を算出するための点火時期のマップである
【図１７】Ａ／Ｃ要求有り時のタイムチャート（モータ出力時）である。
【符号の説明】
１　エンジン
２　モータ
３　クラッチ
４　変速機
６　バッテリ
１８　ファン
２１　ハイブリッドコントロールユニット（ＨＣＵ）
２２　エンジンコントロールユニット（ＥＣＵ）
２３　変速機コントロールユニット（ＴＣＵ）
２４　バッテリコントロールユニット（ＢＣＵ）
２５　モータコントロールユニット（ＭＣＵ）

Claims

駆動源としてのエンジンと、
駆動源としての機能とエンジンによって駆動される発電機としての機能とを備えるモータと、
このモータとの間で電力の授受を行うバッテリと、
エンジンの出力トルクおよびモータの出力トルクを制御するコントローラとを備えたハイブリッド車両において、
前記コントローラは、前記エンジンの点火時期を燃費効率のよい最小点火進角値でアイドル運転する場合に、エンジンの回転速度変動に応じてモータの目標回転速度を制御することを特徴とするハイブリッド車両。
前記コントローラは、前記アイドル運転時にエンジンの負荷トルクを推定し、このエンジン負荷トルクに応じて設定されるモータの出力トルクが所定値より小さいときにエンジンの点火時期を最小点火進角値より遅角させることを特徴とする請求項１に記載のハイブリッド車両。
前記コントローラは、前記アイドル運転時にエンジンの負荷トルクを推定し、この推定したエンジン負荷トルクがノッキングを発生するトルク以上であるときにモータの目標回転速度を上昇させることを特徴とする請求項１または２に記載のハイブリッド車両。
前記コントローラは、前記アイドル運転時にエンジンを停止させるアイドルストップ制御を行い、前記バッテリの充電状態がアイドルストップを実施可能な所定値以上の状態にあってもアイドルストップを実施しない場合において、エンジンの負荷トルクを推定し、この推定したエンジン出力トルクに応じてモータの出力トルクを増大することを特徴とする請求項１から３のいずれか一つに記載のハイブリッド車両。
前記コントローラは、モータの異常判定を行い、前記モータが異常状態にある場合に、燃料噴射量に応じて点火時期を最小点火進角値から遅角させることを特徴とする請求項１から４のいずれか一つに記載のハイブリッド車両。
エンジンに供給される吸気を冷却する手段を備え、
この吸気冷却手段は、前記エンジンの負荷トルクがノッキングを発生する所定トルク以上のときに吸気を冷却することを特徴とする請求項１から４のいずれか一つに記載のハイブリッド車両。
前記所定値は、モータの目標発電トルクであることを特徴とする請求項２に記載のハイブリッド車両。