JP2005198412A - 電動過給機を備えたパワートレインの制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 運転者の加速要求に応じて、運転領域が電動過給機の作動領域に移行する場合、運転者が加速要求に対するレスポンスに違和感を感じることがない電動過給機を備えたパワートレインを提供する。
【解決手段】 電動過給機と、エンジン駆動用モータと、アクセル開度を検出するアクセル開度検出手段と、エンジン回転数を検出するエンジン回転数検出手段と、運転領域応じて電動過給機とエンジン駆動用モータとを制御する制御手段とを有する電動過給機を備えたパワートレインの制御装置であって、制御手段は、アクセル開度の増加により運転領域が電動過給機の作動領域に移行するときのエンジントルク立ち上がり特性が、ほぼ同じエンジン出力状態でアクセル開度の増加により電動過給機の非作動領域でエンジントルクが立ち上がるときのエンジントルク立ち上がり特性に近づくように、エンジン駆動用モータにアシストトルクを発生させる。
【選択図】 図４

Description

本発明は、電動過給機を備えたパワートレインの制御装置、より詳しくは、エンジンの出力増大を図るための電動過給機と、エンジンアシストを行うエンジン駆動用モータとを併せて備え、これらの駆動をエンジンの運転状態に応じて切り換えるように構成されたパワートレインの制御装置の技術分野に属する。

従来より、エンジンの出力増大を図る手段としてスーパーチャージャやターボチャージャが周知であるが、いずれも過給能力がエンジン回転数の影響を大きく受ける結果、低回転領域で過給圧が不足するという問題がある。これに対し、モータでコンプレッサを駆動する電動過給機は、エンジン回転数の影響を受けることなくコンプレッサの回転数を制御できるので、低回転領域でも十分な過給圧を発生し得るという利点を有する。

一方、近年、パワートレインの駆動源、エンジンのアシスト源としての機能と、エンジンに駆動連結されて発電を行う発電機としての機能とを兼ね備えたエンジン駆動用モータを搭載した環境対応型車両が知られつつある。そして、特許文献１には、上記電動過給機と、このエンジン駆動用モータとを併せて有するエンジンが開示され、該エンジンには、上記電動過給機と、駆動源としてのエンジン駆動用モータとに電力を供給するバッテリ（蓄電池）が備えられている。

その場合に、例えば、エンジン回転数と、アクセル開度等で代表されるエンジン負荷とをパラメータとして、上記電動過給機及びエンジン駆動用モータの駆動状態を切り換える各領域が設定され、例えば、電動過給機もエンジン駆動用モータも駆動されない（したがってエンジンの自然吸気による出力のみが得られる）非過給領域や、電動過給機が駆動される過給領域、あるいはエンジン駆動用モータが車両動力源として駆動されるモータアシスト領域等が設定され、このマップに実際のエンジン回転数とエンジン負荷とを当てはめて、その結果に応じて上記電動過給機やエンジン駆動用モータの駆動状態を切り換えるエンジンの基本的な出力制御が実行される。

特開平１１−３３２０１５号公報

ところで、電動過給機は、過給領域に移行したときに電力供給されて回転し始め、回転数が目標回転数まで増加したときに目標の過給圧及び目標の出力増大を得ることができるが、電力供給開始から実際にエンジンの出力増大が発生するまでには機械的、電気的要因による応答遅れが発生する。そのため、エンジン使用領域が非過給領域から過給領域に移行するときには、電動過給機の上記応答特性に起因して、直ちに所望の過給圧が得られず、加速要求に対するエンジンレスポンスが遅れたりばらついたりして、運転者が違和感を感じるという不具合がある。

例えば図２に示すように、同じ出力が得られる等パワーラインＬ上で例えば矢印ア（加速後すぐに過給領域に移行する過給開始ライン上）や矢印イ（過給開始ラインに近い非過給領域）で示すように、加速後過給領域に移行する場合と、矢印ウで示すように、非過給領域において加速が完結する場合とを比較すると、前述の過給の立ち上がりの遅れによって、それぞれ図１０に示すような曲線Ａ，Ｂ，Ｃで示すような駆動力特性を示すので、運転者は同様の加速感が得られずに違和感を感じることになる。

また、電動過給機の応答遅れは、種々の状態により変化するので、例えばエンジン駆動用モータによるアシストトルクを常に一律に制御していると、状況に応じた応答遅れに柔軟に対応することができないので、同様に運転者が加速要求に対するレスポンスに違和感を感じることになる。

本発明は、運転者の加速要求に応じて、エンジン使用領域が非過給領域から過給領域に移行する場合、等パワーライン上で非過給領域で完結する加速とほぼ同じトルク立ち上がり応答特性を得ることができる電動過給機を備えたパワートレインを提供することを課題とする。

上記課題を解決するため、本発明は次のように構成したことを特徴とする。まず、本願の請求項１に記載の発明は、電動過給機と、エンジン駆動用モータと、アクセル開度に関するパラメータを検出するアクセル開度検出手段と、エンジン回転数に関するパラメータを検出するエンジン回転数検出手段と、上記両パラメータで示される運転領域応じて上記電動過給機と上記エンジン駆動用モータとを制御する制御手段とを有する電動過給機を備えたパワートレインの制御装置であって、上記制御手段は、上記アクセル開度検出手段によって検出されるアクセル開度の増加により運転領域が電動過給機の作動領域に移行するときのエンジントルク立ち上がり特性が、ほぼ同じエンジン出力状態でアクセル開度の増加により電動過給機の非作動領域でエンジントルクが立ち上がるときのエンジントルク立ち上がり特性に近づくように、上記エンジン駆動用モータにアシストトルクを発生させるようにエンジン駆動用モータ制御を行うことを特徴とする。

次に、請求項２に記載の発明は、上記請求項１に記載の電動過給機を備えたパワートレインの制御装置において、制御手段は、アクセル開度の増加率が所定値より小さいときにエンジン駆動用モータ制御を行うことを特徴とする。

次に、請求項３に記載の発明は、上記請求項１または請求項２に記載の電動過給機を備えたパワートレインの制御装置において、電動過給機の応答遅れに関するパラメータを検出する応答遅れ検出手段を備え、制御手段は、該応答遅れ検出手段の検出結果と、アクセル開度の増加量とに基づいて、応答遅れが大きいほどアクセル踏み込み量が大きいほど、アシストトルクを大きな値に設定するように構成されていることを特徴とする。

次に、請求項４に記載の発明は、上記請求項１または請求項３に記載の電動過給機を備えたパワートレインの制御装置において、路面登り勾配に関するパラメータを検出する勾配検出手段を備え、制御手段は、該勾配検出手段の検出結果に基づいて、勾配が大きいほどアシストトルクを大きな値に設定するように構成されていることを特徴とする。

そして、請求項５に記載の発明は、上記請求項１から請求項４のいずれかに記載の電動過給機を備えたパワートレインの制御装置において、渋滞に関するパラメータを検出する渋滞検出手段を備え、制御手段は、該渋滞検出手段の検出結果に基づいて、渋滞が大きいほどアシストトルクを小さな値に設定するように構成されていることを特徴とする。

まず、請求項１に記載の発明によれば、アクセル開度の増加により運転領域が電動過給機の作動領域に移行するときのエンジントルク立ち上がり特性が、ほぼ同じエンジン出力状態でアクセル開度の増加により電動過給機の非作動領域でエンジントルクが立ち上がるときのエンジントルク立ち上がり特性に近づくように、上記エンジン駆動用モータにアシストトルクを発生させることによって、電動過給機による応答遅れを補完することができ、常に同じエンジンレスポンス及び加速感が得られて、制御の商品価値を向上することができる。すなわち、エンジン駆動用モータによるアシストトルクの発生は、電動過給機による過給圧の発生に比べて応答遅れが少ないという特性が利用されている。

次に、請求項２に記載の発明によれば、アクセル開度の増加率が所定値より小さい、すなわち緩加速時においては、電動過給機による応答遅れが電力供給の遅れではなく機械的なものに限定されるので、応答遅れをエンジン駆動モータによるアシストトルクで精度良く補完することができる。したがって、加速の際の運転者の違和感の発生をより一層回避することができる。しかも、このときエンジン駆動用モータに対する電力供給の遅れという不具合もない。

次に、請求項３に記載の発明は、上記請求項１に記載の発明の具体的態様を示し、まず、アクセル開度の変化量すなわちアクセル踏み込み量が大きい場合には、応答遅れも大きい傾向にあるので、エンジン駆動用モータによるアシストトルクを大きな値に設定して応答遅れに適切に補完することができる。さらに、応答遅れ検出手段で電動過給機の加熱状況、電動過給機の劣化度などにより発生しうる応答遅れを検出して、より大きな応答遅れが生じる可能性がある場合にはエンジン駆動用モータによるアシストトルクを大きな値に設定して、運転者の違和感をより一層回避することができる。

次に、請求項４に記載の発明によれば、路面登り勾配が大きいほどエンジン駆動用モータによるアシストトルクを大きな値に設定することによって、走破性を向上することができる。

そして、請求項５に記載の発明によれば、渋滞が大きいほどエンジン駆動用モータによるアシストトルクを小さな値に設定することによって、より安全な走行が可能となる。

図１に示すように、本実施形態に係る車両は、動力源としてエンジン１とモータジェネレータ１１とを有する、いわゆる低公害型車両あるいは環境対応型車両等と称されるものであって、エンジン１のクランクシャフトとモータジェネレータ１１の回転軸とがベルトあるいはチェーン１２で相互連結されている。また、この車両は、エンジン１の出力増大を図る手段として電動過給機５を有し、該過給機５は、主たる構成要素として、エンジン１の吸気通路２に配設された、例えば遠心式の圧縮機３と、該圧縮機３を回転駆動するモータ４とを有する。

ここで、上記圧縮機３の下流には、インタークーラ６と電動スロットル弁７とがこの順に吸気通路２に配設されている。また、圧縮機３の上流とインタークーラ６の下流とに亘ってバイパス通路（リリーフ通路あるいは再循環通路ともいう）９と該バイパス通路９の挿通、閉止を行うバルブ９ａとが設けられている。なお、吸気通路２は、吸気マニホールド８を介してエンジン１に接続している。

一方、このエンジン１の電源システム１４には上記電動過給機５のモータ４が接続されている他、上記モータジェネレータ１１がインバータ１３を介して、また１２Ｖの鉛電池１７がＤＣ／ＤＣコンバータ１６を介してそれぞれ上記電源システム１４に接続されている。そして、電動過給機５の駆動時、及びモータジェネレータ１１の車両動力源としての駆動時には、上記電源システム１４の、例えば４２Ｖの蓄電装置１５からそれぞれに電力供給が行われる。逆に、モータジェネレータ１１がエンジン１により発電機として駆動されるときには、その発電電力は、インバータ１３を経て上記電動過給機５及び電源システム１４の蓄電装置１５に供給され、該蓄電装置１５の充電に用いられる。

また、前照灯やエアコン等の一般電装品へは１２Ｖ鉛電池１７から電力供給が行われ、該鉛電池１７へは、上記ＤＣ／ＤＣコンバータ１６により上記電源システム１４の蓄電装置１５の電力が１２Ｖに降圧されて常時充当されている。

そして、コントロールユニット２０は、運転者によるアクセルペダル１８の開度（踏込量）を検出するアクセル開度センサ１９からの信号、エンジン１の回転数を検出するエンジン回転センサ２２からの信号、車間距離を検出する車間距離センサ（ミリ波レーダ）２３からの信号、勾配量を検出する勾配センサ２４からの信号、吸気通路２におけるスロットル弁７の直上流の空気量及び過給圧を検出する吸気圧センサ２５からの信号、モータ４の温度を検出するモータ温度センサ２６からの信号等を入力し、その結果に応じて、電動過給機５のモータ４、モータジェネレータ１１を駆動するインバータ１３、スロットル弁７を駆動するスロットルアクチュエータ７ａ、及び自動変速機１０等に各種の制御信号を出力して、エンジン１の出力制御や、モータジェネレータ１１による駆動制御や発電制御等を実行する。

次に、本発明の特徴部分を構成する制御の具体的動作を図２以下を参照しながら説明する。まず、図２に例示したように、このエンジン１においては、全低負荷域から全高回転域に亘る領域が非過給領域Ｘに設定されている。この非過給領域Ｘでは、電動過給機５もモータジェネレータ（動力源として）１１も駆動されず、エンジン１の自然吸気による出力のみが得られる。また、中回転高負荷域は過給領域Ｙに設定されている。この過給領域Ｙでは、電動過給機５が駆動され、エンジン１の出力増大が図られる。そして、低回転高負荷域はモータアシスト領域Ｚに設定されている。このモータアシスト領域Ｚでは、電動過給機５の駆動に加えて、モータジェネレータ１１が車両動力源として駆動され、エンジン１の出力トルクが助勢される。

以上に示した構成において、電動過給機５が非作動状態（非過給領域Ｘまたは過給開始ライン上）でアクセルペダル１８が踏み込まれて過給領域Ｙに移行する場合、図３に示すように、時刻ｔ_１でアクセルが踏み込まれ、スロットル開度が全開となるまでエンジン１のみで駆動力を増加させ、時刻ｔ_２でスロットル開度が全開となった後、電動過給機５による過給が開始される。そして、このとき符号Ｄで示すように電動過給機５の応答性に起因して直ちに所望の過給圧が得られず、一時的に駆動力の増加率が減少するというレスポンス不良の不具合があり、運転者は加速要求に対するレスポンス不良で違和感を感じる場合がある。

図４に示すフローチャートは、そのような不具合に対処するためのもので、これによると、ステップＳ１においてアクセル開度αやエンジン回転数Ｎｅなどの各種信号を読み込む。次に、ステップＳ２において、アクセル開度αに基づいて目標トルクＴｏを算出する。そして、ステップＳ３において現在のエンジン使用領域が非過給領域Ｘか過給領域Ｙかを目標トルクＴｏとエンジン回転数Ｎｅとから判断して、非過給領域Ｘと判断された場合は、ステップＳ４に進んでスロットル開度ＴＶＯをアクセル開度α及びエンジン回転数Ｎｅから算出する。そしてステップＳ５において、上記ステップＳ４で算出したスロットル開度ＴＶＯになるようにスロットル弁７を制御して、その他のパワートレイン制御（燃料噴射等）を経てリターンする。

一方、ステップＳ３において、エンジン使用領域が過給領域Ｙであると判断された場合はステップＳ６に進んでスロットル開度ＴＶＯの全開制御を行う。そして、ステップＳ７において、アクセル開度α及びエンジン回転数Ｎｅから電動過給機５の目標回転数を計算し、ステップＳ８において電動過給機５の回転数を制御してその目標回転数を実現する。ステップＳ９において、加速が等パワーラインＬ上から始まって非過給領域Ｘ内で完結するときの充填量増加と同等の充填量目標値βｏを加速経過時間をもとに図５に示すテーブルから求める。図５は、テーブルの一例であって、スロットル開度ＴＶＯの制御のみで目標トルクＴｏを達成する目標充填量βｏの時間的変化を示す。これによると、アクセル踏み込み開始時のアクセル開度の増加率Δαが大きい程目標充填量βｏは大きな値となるような特性を示す。そして、ステップＳ１０において、吸気圧センサ２５によって検出された吸入空気量、過給圧、及び電動過給機５のモータ４の温度Ｔから計算した実際の充填量βｃを算出する。図６は、時間に対して計算した充填量βｃをプロットした例であり、この計算には、モータ温度センサ２５によって検出された温度Ｔが勘案され、図６に示すように、温度が高くなれば実際の充填量βｃは低い値になる。これは、モータ４の温度が高くなればこれ以上の発熱を防止するために自動的にモータ４の回転が抑制されるからである。

次に、ステップＳ１１において走行状態によりアシスト補正係数Ｃを設定する。このとき、車間距離センサ２３によって検出した車間距離の値（渋滞量）と勾配センサ２４によって検出した勾配量とを図７に示すマップに当てはめてアシスト補正係数Ｃを算出する。なお、渋滞量を算出する際には、車間距離と車速とを考慮するのがより好ましい。このマップによると、勾配量が大きいほどアシスト補正係数Ｃを大きな値に設定して、さらに、車間距離が小さいほどアシスト補正係数Ｃを小さな値に設定するように構成されている。そして、ステップＳ１２でモータアシストトルクＴａを式Ｔａ＝Ｃ×Ｋ×（βｏ−βｃ）を計算することによって算出する。このとき、Ｋは、充填量をトルクに変換する係数である。続いて、ステップＳ１３でモータジェネレータ１１を駆動させてアシストトルクＴａを出力して図８に示すように、エンジン１の出力を等パワーラインＬ上で非過給領域Ｘで完結するときのトルク立ち上がり特性に近似させることができる。そして、ステップＳ１３を終了した後その他のパワートレイン制御を経てリターンする。

このように、アクセル開度αの増加により運転領域が過給領域Ｙに移行するときのエンジントルク立ち上がり特性が、等パワーラインＬ上のアクセル開度αの増加により非過給領域Ｘでエンジントルクが立ち上がるときのエンジントルク立ち上がり特性に近づくように、モータジェネレータ１１にアシストトルクＴａを発生させることによって、電動過給機による応答遅れを補完することができ、常に同じエンジンレスポンス及び加速感が得られて、制御の商品価値を向上することができる。すなわち、モータジェネレータ１１は、既に動作しているものをさらに駆動させるので、該モータジェネレータ１１によるアシストトルクＴａの発生は、電動過給機５による過給圧の発生に比べて応答遅れが少ないという特性が利用されている。

また、アクセル開度αが所定値より小さい緩加速時においては、電動過給機５による応答遅れが電力供給の遅れではなく機械的なものに限定されるので、応答遅れをモータジェネレータ１１によるアシストトルクＴａで精度良く補完することができる。したがって、加速の際の運転者の違和感の発生をより一層回避することができる。しかも、このときモータジェネレータ１１に対する電力供給の遅れという不具合もない。

さらに、エンジン使用領域が過給開始ライン上（加速後すぐに過給領域Ｙに移行する領域）にあってかつ緩加速の場合は、図９に示すように、エンジントルクの立ち上がりの応答遅れをモータジェネレータ１１によるアシストトルクＴａ′によって補完することによって、加速要求に対するレスポンスを等パワーラインＬ上の非過給領域Ｘで完結するときの特性に近づけることができる。

そして、アクセル開度の変化量すなわちアクセル踏み込み量が大きい場合には、応答遅れも大きい傾向にあるので、モータジェネレータ１１によるアシストトルクＴａを大きな値に設定して応答遅れを適切に補完することができる。さらに、モータ温度センサ２６などで電動過給機５の加熱による応答遅れを検出して、応答遅れが生じる可能性がある場合にはモータジェネレータ１１によるアシストトルクＴａを大きな値に設定して、より運転者の違和感を回避することができる。なお、応答遅れの要因は、電動過給機５の加熱状況以外に、電動過給機５の劣化度においても検出される。

一方、登坂路、ワインディング路、高速道路進入路等の路面登り勾配が大きい場合は、モータジェネレータ１１によるアシストトルクＴａを大きな値に設定することによって、走破性を向上することができる。

また、低速走行時や渋滞時には、その度合いが大きいほどモータジェネレータ１１によるアシストトルクＴａを小さな値に設定することによって、より安全な走行が可能となる。

本発明は、運転者の加速要求に応じて、エンジン使用領域が非過給領域から過給領域に移行する場合、等パワーライン上で非過給領域で完結する加速とほぼ同じトルク立ち上がり応答特性を得ることができる電動過給機を備えたパワートレインを提供する。本発明は、電動過給機を備えたパワートレインの制御装置、より詳しくは、エンジンの出力増大を図るための電動過給機と、エンジンアシストを行うエンジン駆動用モータとを併せて備え、これらの駆動をエンジンの運転状態に応じて切り換えるように構成されたパワートレインの制御装置の技術分野に広く好適である。

本発明の実施の形態に係る車両の制御システム図である。 上記車両のエンジンの制御領域を示すマップである。 通常の非過給領域から過給領域に移行する際の駆動力特性を示す特性図である。 本発明に係る制御例を示すフローチャートである。 非過給領域で完結するときの充填量目標値を示すマップである。 吸入空気量、過給圧、及び電動過給機のモータ温度から計算した実際の充填量を示すタイムチャートである。 勾配量及び渋滞量に応じてアシスト補正係数を決定するマップの一例である。 本実施の形態によって得られる駆動力特性図である。 同過給開始ライン上からの緩加速時の駆動力特性図である。 図２におけるア、イ、ウの状態を示す駆動力特性図である。

符号の説明

１ エンジン
５ 電動過給機
１１ モータジェネレータ（エンジン駆動用モータ）
１９ アクセル開度センサ（アクセル開度検出手段）
２０ コントロールユニット（制御装置）
２２ エンジン回転数センサ（エンジン回転数検出手段）
２３ 車間距離センサ（渋滞検出手段）
２４ 勾配センサ（勾配検出手段）
２６ モータ温度センサ（応答遅れ検出手段）
Ｘ 非過給領域
Ｙ 過給領域
Ｔａ アシストトルク

Claims (5)

1. 電動過給機と、エンジン駆動用モータと、アクセル開度に関するパラメータを検出するアクセル開度検出手段と、エンジン回転数に関するパラメータを検出するエンジン回転数検出手段と、上記両パラメータで示される運転領域応じて上記電動過給機と上記エンジン駆動用モータとを制御する制御手段とを有する電動過給機を備えたパワートレインの制御装置であって、上記制御手段は、上記アクセル開度検出手段によって検出されるアクセル開度の増加により運転領域が電動過給機の作動領域に移行するときのエンジントルク立ち上がり特性が、ほぼ同じエンジン出力状態でアクセル開度の増加により電動過給機の非作動領域でエンジントルクが立ち上がるときのエンジントルク立ち上がり特性に近づくように、上記エンジン駆動用モータにアシストトルクを発生させるようにエンジン駆動用モータ制御を行うことを特徴とする電動過給機を備えたパワートレインの制御装置。
2. 制御手段は、アクセル開度の増加率が所定値より小さいときにエンジン駆動用モータ制御を行うことを特徴とする請求項１に記載のパワートレインの制御装置。
3. 電動過給機の応答遅れに関するパラメータを検出する応答遅れ検出手段を備え、制御手段は、該応答遅れ検出手段の検出結果と、アクセル開度の増加量とに基づいて、応答遅れが大きいほどアクセル踏み込み量が大きいほど、アシストトルクを大きな値に設定するように構成されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の電動過給機を備えたパワートレインの制御装置。
4. 路面登り勾配に関するパラメータを検出する勾配検出手段を備え、制御手段は、該勾配検出手段の検出結果に基づいて、勾配が大きいほどアシストトルクを大きな値に設定するように構成されていることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載の電動過給機を備えたパワートレインの制御装置。
5. 渋滞に関するパラメータを検出する渋滞検出手段を備え、制御手段は、該渋滞検出手段の検出結果に基づいて、渋滞が大きいほどアシストトルクを小さな値に設定するように構成されていることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれかに記載の電動過給機を備えたパワートレインの制御装置。
   

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