JP2004153996A - ハイブリッド車両の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 ハイブリッド車両の回生動作時に車両の減速度が減少するのを抑制する。
【解決手段】 エンジン２とモータ・ジェネレータ３を動力源として備え、エンジン２とモータ・ジェネレータ３の少なくとも一方の動力を出力軸５に伝達して車両の推進力とするハイブリッド車両の制御装置において、モータ・ジェネレータ３に電気エネルギーを供給可能なバッテリー８と、バッテリー８の残容量を検出する残容量検出手段１２と、エンジン２の少なくとも一部の気筒を吸気バルブおよび排気バルブを閉止して休止する吸排気制御手段１０とを備え、車両の減速時にモータ・ジェネレータ３により回生を行う際に、残容量検出手段１２により検出した残容量が所定値以下の場合には吸排気制御手段１０により気筒休止を行い、残容量検出手段１２により検出した残容量が前記所定値より大きい場合には、吸排気制御手段１０による気筒休止を禁止する。
【選択図】 図１

Description

この発明は、ハイブリッド車両の制御装置に関するものである。

エンジンと発電可能な電動機（以下、モータ・ジェネレータという）を動力源として備え、前記エンジンと前記モータ・ジェネレータの少なくとも一方の動力を出力軸に伝達して車両の推進力とするハイブリッド車両においては、エネルギー貯蔵手段としてのバッテリーの残容量（以下、ＳＯＣと略す）が定常である時には、車速、走行抵抗、スロットル開度に基づいて効率がよくなるようにエンジン走行とモータ走行の切り替え制御を実行している。

また、この種のハイブリッド車両においては、減速時に駆動輪から入力される動力を前記モータ・ジェネレータに伝達し、該モータ・ジェネレータにより回生動作を行って減速エネルギーを回生エネルギーに変換し電気エネルギーとして蓄電装置に充電している（例えば、特許文献１参照）。この場合、従来は、バッテリーのＳＯＣが規定値以上あるときには、バッテリー保護のために回生量を絞るように制御している。
特開２００１−１６９４０６号公報

しかしながら、このように回生量を絞ると図８に示すように車両の減速度が低減してしまい、運転者に違和感を感じさせるという問題があった。
また、回生量を絞ると回収エネルギーが減少し、その分はブレーキを作動した時に熱として捨ててしまうこととなるため、燃費が悪化するという問題もあった。
そこで、この発明は、回生動作時に車両の減速度が減少するのを抑制することができるハイブリッド車両の制御装置を提供するものである。
また、この発明は、電動機走行領域の拡大と回生エネルギーの増大により、燃費向上を図ることができるハイブリッド車両の制御装置を提供するものである。

上記課題を解決するために、請求項１に係る発明は、エンジン（例えば、後述する実施例におけるエンジン２）と発電可能な電動機（例えば、後述する実施例におけるモータ・ジェネレータ３）を動力源として備え、前記エンジンと前記電動機の少なくとも一方の動力を出力軸（例えば、後述する実施例における出力軸５）に伝達して車両の推進力とするハイブリッド車両の制御装置において、前記電動機にエネルギーを供給可能なエネルギー貯蔵手段（例えば、後述する実施例におけるバッテリー８）と、前記エネルギー貯蔵手段の残容量を検出する残容量検出手段（例えば、後述する実施例における残容量検出手段１２）と、前記エンジンの少なくとも一部の気筒を吸気バルブおよび排気バルブを閉止して休止する気筒休止手段（例えば、後述する実施例における吸排気制御装置１０）とを備え、前記車両の減速時に前記電動機により回生を行う際に、前記残容量検出手段により検出した残容量が所定値（例えば、後述する実施例における休筒禁止ＳＯＣ）以下の場合には前記気筒休止手段により気筒休止を行い、前記残容量検出手段により検出した残容量が前記所定値より大きい場合には、前記気筒休止手段による気筒休止を禁止するように制御することを特徴とする。
このように構成することにより、減速回生時にエネルギー貯蔵手段の残容量が少ない時には、エンジンを気筒休止することでエンジンのポンピングロスを低減し、その分、回生エネルギーを増大させることができ、減速回生時にエネルギー貯蔵手段の残容量が多い時には、エンジンの気筒休止を禁止することでエンジンのポンピングロスを増大させて、車両の減速度を増大することができる。
なお、休止する気筒は全気筒であってもよいし、あるいは、一部の気筒であってもよい。

請求項２に係る発明は、請求項１に記載の発明において、前記気筒休止手段による気筒休止を禁止する場合には、前記電動機による回生量を前記残容量が前記所定値以下のときの回生量よりも減少するように制御することを特徴とする。
このように構成することにより、気筒休止禁止によるエンジン抵抗の増加分を回生量の減少により相殺することができる。なお、前記回生量は回生出力制御手段により制御することができる。

請求項３に係る発明は、請求項２に記載の発明において、前記エネルギー貯蔵手段の残容量が増加するにしたがって前記回生量を漸次減少するように制御することを特徴とする。
このように構成することにより、エネルギー貯蔵手段の残容量の増加速度を遅くすることができる。

請求項１に係る発明によれば、減速回生時にエネルギー貯蔵手段の残容量が少ない時には、エンジンを気筒休止することでエンジンのポンピングロスを低減し、その分、回生エネルギーを増大させることができる。また、減速回生時にエネルギー貯蔵手段の残容量が多い時には、エンジンの気筒休止を禁止することでエンジンのポンピングロスを増大させて、車両の減速度を増大することができるので、回生量を絞っても減速度の変化を抑制することができるという優れた効果が奏される。

請求項２に係る発明によれば、気筒休止禁止によるエンジン抵抗の増加分を回生量の減少により相殺することができるので、車両の減速度の変化を抑制することができるという効果がある。
請求項３に係る発明によれば、エネルギー貯蔵手段の残容量の増加速度を遅くすることができる。

以下、この発明に係るハイブリッド車両の制御装置の実施例を図１から図７の図面を参照して説明する。
〔実施例１〕
初めに、この発明の実施例１を図１から図５の図面を参照して説明する。
図１は、実施例１におけるハイブリッド車両の動力伝達系の概略構成図である。
このハイブリッド車両では、エンジン２と発電可能な電動機（以下、モータ・ジェネレータという）３が直列に直結されており、エンジン２とモータ・ジェネレータ３の少なくとも一方の動力が変速機４および出力軸５を介して車両の駆動輪６に伝達されるように構成されている。

このハイブリッド車両の減速時に駆動輪６側からモータ・ジェネレータ３側に駆動力が伝達されると、モータ・ジェネレータ３は発電機として機能していわゆる回生制動力を発生し、車体の運動エネルギーを電気エネルギーとして回収し、パワードライブユニット（ＰＤＵ）７を介してバッテリー８に充電する。この時の回生出力はＥＣＵ９によってＰＤＵ７を介して制御される。したがって、ＰＤＵ７は回生出力を制御する回生出力制御手段を構成する。
そして、モータ・ジェネレータ３は、バッテリー８に充電された電気エネルギーを消費して駆動されるとともに、ＥＣＵ９によってＰＤＵ７を介して駆動出力が制御される。なお、バッテリー８に代えてキャパシタを用いることも可能である。

エンジン２は多気筒レシプロタイプエンジンであり、各気筒に対する吸排気を行わせるための吸気バルブおよび排気バルブの作動制御を行う吸排気制御装置（気筒休止手段）１０と、各気筒に対する燃料噴射制御および噴射燃料の点火制御を行う燃料噴射・点火制御装置１１とを有し、これら制御装置１０，１１はＥＣＵ９によって制御される。
このハイブリッド車両は、必要に応じて、燃料噴射・点火制御装置１１によりエンジン２の全気筒の燃料供給を停止する燃料供給停止制御（以下、Ｆ／Ｃ制御と略す）が可能であり、さらに、必要に応じて、吸排気制御装置１０によりエンジン２の全気筒の吸排気バルブを全閉にする気筒休止制御（休筒制御という場合もある）が可能になっている。
また、ＥＣＵ９には、バッテリー８の残容量（以下、ＳＯＣと略す）を検出する残容量検出手段１２からの信号と、車速を検出する車速センサ１３からの信号が入力される。

このように構成されたハイブリッド車両は、クルーズモードとしてモータクルーズモード（電動機走行モード）とクルーズ充電モードを備えており、さらにクルーズモードのほかにモータアシストモードや減速回生モードを備えている。
モータクルーズモードは、モータ・ジェネレータ３を電動機として機能させ、モータ・ジェネレータ３の動力だけで車両を走行させるモードであり、この時には、エンジン２に対してＦ／Ｃ制御が行われるとともに、エンジン２のポンピングロスを低減させるべく休筒制御が行われる。
クルーズ充電モードは、エンジン２を動作させ、エンジン２の動力で車両を走行させると同時に、モータ・ジェネレータ３を発電機として機能させてエンジン２の動力の一部を電気エネルギーに変換しバッテリー８に充電するモードである。
モータアシストモードは、エンジン２を動作させ且つモータ・ジェネレータ３を電動機として機能させて、エンジン２とモータ・ジェネレータ３の両方の動力で車両を走行させるモードである。
減速回生モードは、モータ・ジェネレータ３を発電機として機能させ、車両の減速走行時にモータ・ジェネレータ３により回生動作を行って減速エネルギーを回生エネルギーに変換し電気エネルギーとしてバッテリー８に充電するモードである。

また、クルーズモードにおいては、車速が予め設定されたモータ走行許可車速（電動機走行許可車速）以下の時にモータクルーズモードが選択され、車速が前記モータ走行許可車速を越える時にクルーズ充電モードが選択されるように制御される。図２はモータクルーズマップの一例を示すものであり、この図において太い実線で示すように、バッテリー８のＳＯＣが下限ＳＯＣ（以下、ＳＯＣ１とする）から予め設定された許可車速変更ＳＯＣ（以下、ＳＯＣ２とする）の間は、モータ走行許可車速は初期値Ｖ１（例えば、５０ｋｍ／ｈ）で一定に設定されており、バッテリー８のＳＯＣがＳＯＣ２以上になるとモータ走行許可車速はＳＯＣの増加にしたがって漸次大きくなるように設定されている。換言すると、バッテリー８のＳＯＣがＳＯＣ２（所定値）以上の場合にモータ走行許可車速を引き上げるように設定されている。

なお、以下の説明の都合上、モータ走行許可車速の可変域（すなわち、ＳＯＣ２以上の領域）におけるモータ走行許可車速に対応するＳＯＣを車速設定ＳＯＣと称す。図２において太い破線で示すように、車速設定ＳＯＣはＳＯＣが下がる方向に所定の大きさのヒステリシスを有している。ヒステリシスの大きさについては後で詳述する。
また、このモータクルーズマップにおいては、ＳＯＣと車速に応じてモータ走行許可時間（電動機走行許可時間）が予め設定されている。例えば、ＳＯＣが１００％で車速Ｖ２ではモータ走行許可時間が２秒に設定され、ＳＯＣがＳＯＣ２で車速Ｖ１ではモータ走行許可時間が２５秒に設定されている（Ｖ２＞Ｖ１）。ここで、モータ走行許可時間とは、１回のモータクルーズで許可される連続走行時間をいう。

次に、クルーズ制御を図３のフローチャートを参照して説明する。
クルーズモードに入ると、まず、ステップＳ１０１において、車速センサ１３により検出された現在の車速がモータ走行許可車速よりも大きいか否かを判定する。なお、この制御ルーチンの初回実行時にはモータ走行許可車速が初期値Ｖ１に設定されているものとする。
ステップＳ１０１における判定結果が「ＮＯ」（車速≦Ｖ１）である場合は、ステップＳ１０２に進み、図２に示すモータクルーズマップを参照して、車速センサ１３で検出された現在の車速と残容量検出手段１２で検出された現在のＳＯＣに基づいてモータ走行許可時間を求め、該モータ走行許可時間だけモータクルーズを行い、本ルーチンの実行を一旦終了する。

一方、ステップＳ１０１における判定結果が「ＹＥＳ」（車速＞Ｖ１）である場合は、ステップＳ１０３に進み、モータ走行許可車速を引き上げる。
次に、ステップＳ１０４に進み、残容量検出手段１２で検出されたＳＯＣが、車速センサ１３で検出された現在の車速Ｖｎをモータ走行許可車速とした場合の車速設定ＳＯＣ（ＳＯＣｎ）よりも大きいか否かを判定する。
ステップＳ１０４における判定結果が「ＮＯ」（ＳＯＣ≦ＳＯＣｎ）である場合は、ステップＳ１０５に進み、クルーズ充電を行う。つまり、この場合には、バッテリー８のＳＯＣにモータクルーズを行うだけの余裕がないと判断して、クルーズ充電モードとするのである。

一方、ステップＳ１０４における判定結果が「ＹＥＳ」（ＳＯＣ＞ＳＯＣｎ）である場合は、ステップＳ１０６に進み、図２に示すモータクルーズマップを参照して、車速センサ１３で検出された現在の車速と残容量検出手段１２で検出された現在のＳＯＣに基づいてモータ走行許可時間を求め、該モータ走行許可時間だけモータクルーズを行う。
そして、ステップＳ１０５あるいはステップＳ１０６の処理を実行した後、ステップＳ１０７に進み、ステップＳ１０３において引き上げたモータ走行許可車速を初期値Ｖ１に戻し、本ルーチンの実行を一旦終了する。したがって、この制御ルーチンにおいてステップＳ１０１の処理を実行する時には常に、モータ走行許可車速は初期値Ｖ１となる。
なお、ステップＳ１０４の処理は、車速センサ１３で検出された現在の車速が、残容量検出手段１２で検出された現在のＳＯＣを車速設定ＳＯＣとした場合のモータ走行許可車速よりも大きいか否かを判定する処理に替えることができる。このようにした場合も、判定結果が「ＮＯ」である場合は前記ステップＳ１０５に進み、判定結果が「ＹＥＳ」である場合は前記ステップＳ１０６に進む。

なお、ステップＳ１０６の処理を実行すると、モータ・ジェネレータ３を駆動するためにバッテリー８の電気エネルギーが消費されるので、バッテリー８のＳＯＣが徐々に減少していく。そして、バッテリー８のＳＯＣが車速設定ＳＯＣのヒステリシス（ＳＯＣｎ'）よりも減少した時に、モータクルーズモードからクルーズ充電モードに移行する。このように、車速設定ＳＯＣにヒステリシスを設けたことにより、一度モータクルーズに入ると、バッテリー８のＳＯＣを少なくとも前記ヒステリシス分だけは確実に減少させることができるようになり、また、モータクルーズとクルーズ充電のハンチングを防止することができる。
また、電動機走行許可時間は、１回のモータクルーズによってバッテリー８のＳＯＣを車速設定ＳＯＣのヒステリシスよりも減少できるように設定されている。

図４および図５は、バッテリー８のＳＯＣと車速の時間的変化の様子を示したタイミングチャートであり、図４はこの実施例１の例であり、図５は比較例であって、いずれも車速１００ｋｍ／ｈ（＞Ｖ１）から一定減速度で回生する場合を示している。
初めに、図５の比較例から説明すると、この比較例はバッテリー８のＳＯＣの大きさにかかわらずモータ走行許可車速をＶ１で一定とした場合であり、時間ｔ０から時間ｔ１１まではモータクルーズ運転を行い、時間ｔ１１から時間ｔ１２まではモータアシストによる加速運転を行い、時間ｔ１２から時間ｔ１３まで１００ｋｍ／ｈでクルーズ充電運転を行い、時間１３から減速回生運転を行っている。この比較例のようにすると、バッテリー８のＳＯＣが増加してきてもクルーズ充電を続ける結果、減速回生の途中（時間ｔ１４）でバッテリー８のＳＯＣが上限値に達してしまい、それ以上の充電を防止すべく回生が制限される。その結果、回生が制限された時間ｔ１４以後はブレーキを作動させて減速せざるを得ず、回収可能なエネルギーをブレーキによる熱で捨てることとなり、回収エネルギーが減少し、結果的に燃費が悪化する。

これに対して、図４に示すこの実施例１の場合には、時間ｔ０からクルーズ充電の途中の時間ｔ３までは比較例の場合と同じであるが、クルーズ充電によって増加していくＳＯＣが時間ｔ３において車速設定ＳＯＣに達すると、クルーズ充電からモータクルーズに移行し、モータ走行許可時間だけ１００ｋｍ／ｈでのモータクルーズを行い、バッテリー８のＳＯＣを減少させる。そして、時間ｔ４でモータクルーズを終了する。この時のＳＯＣの減少量ΔＳＯＣは、予め車速と減速度から回生で取りきれる容量に基づいて予め設定しておく。モータクルーズマップにおいて設定されているモータ走行許可時間は、このＳＯＣの減少量ΔＳＯＣとモータクルーズに必要な電力に基づいて予め算出したものである。

このように設定することにより、モータクルーズで消費されるエネルギーは車速と電動機走行許可時間から決まるので、モータクルーズ後のバッテリー８のＳＯＣを予め設定することができることとなる。そして、モータクルーズ後のバッテリー８のＳＯＣを、回生で取りきれる容量分だけ満充電よりも小さく設定しておくと、時間ｔ４から減速回生を行った時に、車速がゼロ近くなるまで減速回生を続行することができ、バッテリー８のＳＯＣを１００％近くまで充電することができる。

したがって、この実施例１によれば、バッテリー８のＳＯＣがＳＯＣ２以上の場合にモータ走行許可車速を引き上げるように制御しているので、モータクルーズ領域を拡大することができ、予測される回生量を減少させることなくエネルギー回収を行うことができ、燃費が向上する。また、回生量の絞り制御が不要になり、回生動作時に車両の減速度が変化するのを防止することができて、運転者に違和感を感じさせないようにすることができる。
また、モータクルーズモードでは休筒制御を行っているので、モータクルーズ時におけるエンジン２のポンピングロスが低減され、エンジン抵抗を低減することができるので、燃費が向上する。
また、バッテリー８のＳＯＣがＳＯＣ２以上の場合に、モータ走行許可車速を、バッテリー８のＳＯＣが大きくなるにしたがって漸次大きく設定しているので、ＳＯＣが小さい時に高車速でモータクルーズが行われてＳＯＣが過度に減少するのを防止することができる。

〔実施例２〕
次に、この発明に係るハイブリッド車両の制御装置の実施例２を図６および図７の図面を参照して説明する。ハイブリッド車両の動力伝達系の概略構成については、実施例２も実施例１と同じであるので、図１を援用して説明を省略する。
この実施例２では、減速回生時におけるバッテリー８のＳＯＣの大きさに応じてエンジン抵抗を制御することにより、減速回生時に車両の減速度が変化するのを抑制する。

実施例２における減速回生制御を図６に示すフローチャートを参照して説明する。
減速回生モードに入ると、まず、ステップＳ２０１において、残容量検出手段１２で検出されたＳＯＣが、予め設定された休筒禁止ＳＯＣよりも大きいか否かを判定する。ステップＳ２０１における判定結果が「ＮＯ」（ＳＯＣ≦休筒禁止ＳＯＣ）である場合は、ステップＳ２０２に進み、吸排気制御装置１０によりエンジン２の全気筒の吸排気バルブを全閉にする休筒制御を実行し、且つ、燃料噴射・点火制御装置１１によりエンジン２の全気筒の燃料供給を停止するＦ／Ｃ制御を実行するとともに、ＰＤＵ７によりモータ・ジェネレータ３の回生出力を大きく設定した強回生制御を実行して、本ルーチンの実行を一旦終了する。

一方、ステップＳ２０１における判定結果が「ＹＥＳ」（ＳＯＣ＞休筒禁止ＳＯＣ）である場合は、ステップＳ２０３に進み、吸排気制御装置１０による休筒制御を禁止し、燃料噴射・点火制御装置１１によるＦ／Ｃ制御のみ実行する。
次に、ステップＳ２０４に進み、ＰＤＵ７により、モータ・ジェネレータ３の回生出力を強回生制御の時よりも小さく設定した弱回生制御を実行して、本ルーチンの実行を一旦終了する。

次に、実施例２のハイブリッド車両の制御装置の作用を、図７に示す減速回生時のタイミングチャートを参照して説明する。
残容量検出手段１２で検出されたＳＯＣが休筒禁止ＳＯＣ以下の場合にはモータ・ジェネレータ３による強回生が実行され、バッテリー８のＳＯＣが徐々に増大していく。この強回生時には休筒制御を実行しているので、エンジン２のポンピングロスが低減し、その分、回生エネルギーを増大させることができる。
そして、ＳＯＣが休筒禁止ＳＯＣに達すると、モータ・ジェネレータ３による弱回生が実行されて回生出力が弱められる。したがって、強回生の時よりもＳＯＣが増大する速度を遅くすることができる。

また、この弱回生時に休筒制御が禁止されるので、エンジンのポンピングロスが増大する。そして、休筒禁止によるエンジン抵抗の増加分を回生出力（回生量）の減少により相殺することができるので、弱回生時における車両の減速度を強回生時における減速度と同じにすることができ、減速度が変化するのを防止することができて、運転者に違和感を感じさせないようにすることができる。
なお、この実施例２においては、弱回生時にバッテリー８のＳＯＣが増加するにしたがって回生出力（回生量）を漸次減少するように制御してもよい。このようにすると、弱回生時におけるＳＯＣの増大速度をさらに遅くすることができる。

この発明に係る制御装置を備えたハイブリッド車両の動力伝達系の概略構成図である。 この発明に係るハイブリッド車両の制御装置の実施例１に使用されるモータクルーズマップの一例を示す図である。 前記実施例１におけるクルーズ制御を示すフローチャートである。 前記実施例１においてクルーズモードから減速回生モードに移行する時のタイミングチャートである。 前記実施例１に対する比較例におけるタイミングチャートである。 この発明に係るハイブリッド車両の制御装置の実施例２における減速回生制御を示すフローチャートである。 前記実施例２における減速回生時のタイミングチャートである。 従来のハイブリッド車両における減速回生時のタイミングチャートである。

符号の説明

２ エンジン
３ モータ・ジェネレータ（電動機）
５ 出力軸
８ バッテリー（エネルギー貯蔵手段）
１０ 吸排気制御装置（気筒休止手段）
１２ 残容量検出手段

Claims (3)

1. エンジンと発電可能な電動機を動力源として備え、前記エンジンと前記電動機の少なくとも一方の動力を出力軸に伝達して車両の推進力とするハイブリッド車両の制御装置において、
   前記電動機にエネルギーを供給可能なエネルギー貯蔵手段と、
   前記エネルギー貯蔵手段の残容量を検出する残容量検出手段と、
   前記エンジンの少なくとも一部の気筒を吸気バルブおよび排気バルブを閉止して休止する気筒休止手段とを備え、
   前記車両の減速時に前記電動機により回生を行う際に、前記残容量検出手段により検出した残容量が所定値以下の場合には前記気筒休止手段により気筒休止を行い、前記残容量検出手段により検出した残容量が前記所定値より大きい場合には、前記気筒休止手段による気筒休止を禁止するように制御することを特徴とするハイブリッド車両の制御装置。
2. 前記気筒休止手段による気筒休止を禁止する場合には、前記電動機による回生量を前記残容量が前記所定値以下のときの回生量よりも減少するように制御す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の制御装置。
3. 前記エネルギー貯蔵手段の残容量が増加するにしたがって前記回生量を漸次減少するように制御す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の制御装置。
   

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