JP2006077641A

JP2006077641A - ハイブリッド電気自動車の制御装置

Info

Publication number: JP2006077641A
Application number: JP2004261245A
Authority: JP
Inventors: Makoto Ogata; 誠緒方
Original assignee: Mitsubishi Fuso Truck and Bus Corp
Current assignee: Mitsubishi Fuso Truck and Bus Corp
Priority date: 2004-09-08
Filing date: 2004-09-08
Publication date: 2006-03-23
Anticipated expiration: 2024-09-08
Also published as: JP4165481B2

Abstract

【課題】エンジン始動回数を低減させて効率を向上させることができるハイブリッド電気自動車の制御装置を提供すること。
【解決手段】第１運転状態から第３運転状態（ＥＶ走行）に切替える際に、バッテリ２４の充電レベルが第１の所定値ＳＯＣ１より大きく第２の所定値ＳＯＣ２より小さい第３の所定値ＳＯＣ３より小さいときは、第３運転状態に切替える直前に、バッテリ２４の充電レベルＳＯＣが第３の所定値ＳＯＣ３より大きく第２の所定値ＳＯＣ２より小さい第４の所定値ＳＯＣ４に上昇するまで第２の運転状態に切替える第２切替手段とを具備した。
【選択図】図５

Description

本発明は、ハイブリッド電気自動車の制御装置に関する。

図１のような構造を有するシリーズ／パラレル式ハイブリッド電気自動車が知られている。このシリーズ／パラレル式ハイブリッド電気自動車は、５つの運転モードを有する。

第１の運転モードはバッテリを電源としてモータ駆動するＥＶ走行、第２の運転モードはエンジン動力を発電のみに使用し駆動はモータによるシリーズ走行、第３の運転モードはエンジン動力のみで走行するエンジン走行、第４の運転モードはエンジン走行を主とし、不足動力分をモータでアシストするパラレル走行、第５の運転モードはエンジン走行を主としエンジンの余剰動力分で発電するシリーズ／パラレル走行である。

各運転モードは、例えば図３のマップに示すような車速とバッテリの充電レベル（ＳＯＣ）により決定されていた。つまり、車速が所定車速Ｖthより小さい場合でしかもＳＯＣ≧ＳＯＣ２であれば、エンジンを停止してＥＶ走行が行われ、このＥＶ走行が行われる結果ＳＯＣが低下してＳＯＣ≦ＳＯＣ１（＜ＳＯＣ２）となると、エンジンを始動させてバッテリに充電するシリーズ走行が行われる（図６）。

一方、車速が所定車速Ｖth以上の場合でも、トルクが所定トルクα未満またはエンジン回転数が所定回転数Ｎth未満であれば、効率の悪い運転点でエンジンを稼動させないようにシリーズ走行あるいはエンジンを停止させてＥＶ走行が行われ、このときのシリーズ走行とＥＶ走行の切り換えは、前記したようにＳＯＣにより決定される。すなわち、ＳＯＣ１とＳＯＣ２によりヒステリシスを持たせ、充電レベルの低いときにはシリーズ走行、高いときにはＥＶ走行が行われる。

車速を考慮しないでＳＯＣだけに着目すると、ＳＯＣ≦ＳＯＣ１となると図６に示すようにモータが発電機として使用されてバッテリに充電され、ＳＯＣ≧ＳＯＣ２となるとモータの発電が停止されてバッテリへの充電が停止される。

なお、低燃費化を図ったシリーズ・パラレルハイブリッド駆動システムが知られている（例えば、非特許文献１参照）。
技術論文『高効率シリーズ／パラレルハイブリッドシステムの開発』（三菱ふそう技報２００４Ｎｏ．１ p.26〜p.33 2004年4月1日発行）

例えば、運転モードが図３のマップのＡ点であり、シリーズ／パラレル走行が行われているときに、車速が低下してＢ点にくると、Ｂ点の運転モードはＥＶ走行領域であるため、エンジンは停止される。そして、ＥＶ走行が行われる結果バッテリのＳＯＣは低下する。

この結果、ＳＯＣ≦ＳＯＣ１となるとエンジンが始動されてシリーズ走行が行われて、バッテリに充電される。このとき、運転モードがＣ点に移動し、それ以降車速Ｖが所定車速Ｖth以上となると運転モードはシリーズ／パラレル走行に移行する。例えば、運転モードがＤ点に移行したとすると、シリーズ／パラレル走行においてはバッテリに充電が行われるため、ＳＯＣが上昇し前述したＡ点に到達する。

従って、運転モードがシリーズ／パラレル走行のときに、車速が低下して運転モードがＥＶ走行となってエンジンが停止され、その後にシリーズ走行となってエンジンが再度始動されることが繰り返し行われると、エンジン始動にバッテリの電源を使用するため、シリーズ／パラレル式ハイブリッド電気自動車の効率が悪化するという問題があった。

本発明は上記の点に鑑みてなされたもので、その目的は、エンジン始動回数を低減させて効率を向上させることができるハイブリッド電気自動車の制御装置を提供することにある。

請求項１記載の発明は、車両に搭載されたエンジンと、前記エンジンの出力を前記車両の駆動輪に伝達する駆動系機構と、前記エンジンの出力を電気エネルギーに変換する発電機と、前記発電機の出力する電力を蓄積するバッテリと、前記発電機の出力する電力または前記バッテリから供給される電力を運動エネルギーに変換するモータと、前記エンジンの出力を走行用の動力として用いる第１運転状態と、前記エンジンの出力を専ら発電用の動力として用いる第２運転状態、並びに前記エンジンを停止して前記モータにより前記車両の動力を得る第３運転状態を前記バッテリの充電レベルに応じて切替える運転状態切替手段とを備え、前記運転状態切替手段は、前記第３運転状態のときに前記バッテリの充電レベルが第１の所定値よりも小さくなったときは、前記バッテリの充電レベルが第１の所定値より大きい第２の所定値に上昇するまで前記第２運転状態へ切替える第１切替手段と、前記第１運転状態から前記第３運転状態に切替える際に、前記バッテリの充電レベルが前記第１の所定値より大きく前記第２の所定値より小さい第３の所定値より小さいときは、前記第３運転状態に切替える直前に、前記バッテリの充電レベルが前記第３の所定値より大きく前記第２の所定値より小さい第４の所定値に上昇するまで前記第２の運転状態に切替える第２切替手段とを具備したことを特徴とする。

請求項２記載の発明は、請求項１記載の前記第１切替手段および前記第２切替手段は、前記車両の走行速度が所定車速未満のときに適用することを特徴とする。

請求項３記載の発明は、請求項１記載の第１切替手段および前記第２切替手段は、前記車両の走行速度が所定車速以上のときは、前記エンジンの回転数が所定回転数未満、または前記エンジンの出力トルクが所定トルク未満であるときに適用することを特徴とする。

請求項１記載の発明によれば、エンジン始動回数を減らすことができ、ハイブリッド電気自動車の効率が向上する。従って、ハイブリッド電気自動車の燃費を向上させ、排出ガスを低減させることができる。

請求項２記載の発明によれば、エンジンの始動音が気になり易い低速域において、エンジンの始動回数を低減させることができる。

請求項３記載の発明によれば、車両の走行速度が高速域においては、特にエンジン始動音が気になりやすい領域において、エンジンの始動回数を低減させることができる。

以下、図面を参照して本発明の一実施の形態の構成について説明する。図１は被同期側にモータを搭載した構造を有するパラレル式ハイブリッド電気自動車のシステム構成図である。図において、１１はエンジンである。このエンジン１１の燃料噴射量等の制御はＥＣＵ（エンジン・コントロール・ユニット）１２により行われる。このＥＣＵ１２にはエンジン１１の回転数Ｎeが入力されている。エンジン１１の出力軸は、第１のクラッチ１３ａを介して変速機１４に伝達される。この第１のクラッチ１３ａの断接制御はＣＣＵ（クラッチ・コントロール・ユニット）１８により行われる。

この変速機１４は、Ｌギア１６、Ｈギア１７を備えており、ＴＣＵ（トランスミッション・コントロール・ユニット）１５により変速制御される。エンジン１１及び発電機／モータ１９の出力は、中間軸２０に嵌合されたギア２１，２２に伝達される。つまり、この中間軸２０はエンジン１１及び発電機／モータ１９により回転駆動される。

また、変速機１４の出力軸１４ａは第２のクラッチ１３ｂを介して前輪側に接続される。この第２のクラッチ１３ｂの断接制御は前述したＣＣＵ１８により行われる。

発電機／モータ１９は、インバータ２３により制御される。発電機／モータ１９は発電機及びモータとしての機能を兼ね備えている。このインバータ２３には電源としてのバッテリ２４が接続される。このインバータ２３はマイクロプロセッサを中心に構成されている。このインバータ２３はＭＣＵ（モータ・コントロール・ユニット）２５により制御される。

２６は後輪を駆動するためのリヤモータである。このリヤモータ２６はインバータ２７により制御される。このインバータ２７には電源として前述したバッテリ２４が接続される。

前述したＥＣＵ１２、ＣＣＵ１８、ＴＣＵ１５及びＭＣＵ２５はＨＥＶ（ハイブリッド電気自動車）コントローラ２８により制御される。このＨＥＶコントローラ２８はマイクロプロセッサを中心に構成されており、本ハイブリッド電気自動車を統括して制御する。つまり、エンジン１１の出力を走行用の動力として用いる第１運転状態と、エンジンの出力１１を専ら発電用の動力として用いる第２運転状態、並びに前記エンジンを停止して前記モータにより車両の動力を得る第３運転状態をバッテリの充電レベルに応じて切替える運転状態切替手段を備えている。この運転状態切替手段は、図２のフローチャートを参照して後述するように第３運転状態のときにバッテリ２４の充電レベルが第１の所定値ＳＯＣ１よりも小さくなったときは、バッテリ２４の充電レベルが第１の所定値ＳＯＣ１より大きい第２の所定値ＳＯＣ２に上昇するまで第２運転状態へ切替える第１切替手段と、第１運転状態から第３運転状態に切替える際に、バッテリ２４の充電レベルＳＯＣが第１の所定値ＳＯＣ１より大きく第２の所定値ＳＯＣ２より小さい第３の所定値ＳＯＣ３より小さいときは、第３運転状態に切替える直前に、バッテリ２４の充電レベルＳＯＣが第３の所定値ＳＯＣ３より大きく第２の所定値ＳＯＣ２より小さい第４の所定値ＳＯＣ４に上昇するまで第２の運転状態に切替える第２切替手段とを備えている。

ところで、発電機／モータ１９の実モータ回転数Ｎm及び実モータトルクＴは、ＭＣＵ２５に入力される。

さらに、リヤモータ２６の実モータ回転数Ｎm、実モータトルクＴは、ＭＣＵ２５に入力される。

ＭＣＵ２５は、発電機／モータ１９及びリヤモータ２６の実モータ回転数Ｎm及び実モータトルクＴをＨＥＶコントローラ２８に出力する。このＨＥＶコントローラ２８は、発電機／モータ１９及びリヤモータ２６の目標モータ回転数Ｎm（tar）とモータ１９の実モータ回転数Ｎmとの回転差からモータ１９の目標トルクＴ(tar)を演算して、ＭＣＵ２５に出力する。

ＨＥＶコントローラ２８はＥＣＵ１２に対して目標エンジン回転数Ｎe(tar)、ＴＣＵ１５に対して目標ギア位置、ＭＣＵ２５に対して目標モータ回転数Ｎm(tar)及び目標モータトルクＴ(tar)を出力する。

ＭＣＵ２５はインバータ２３に対して目標モータ回転数Ｎm(tar)、目標モータトルクＴ(tar)を出力する。

また、バッテリ２４の充電レベルＳＯＣ（ステート・オブ・チャージ）（％）はＨＥＶコントローラ２８に入力される。

さらに、このＨＥＶコントローラ２８には車速センサ２９で検出される車速信号Ｖが入力されると共に、エンジン回転数信号Ｎｅが入力される。

次に、上記のように構成された本発明の一実施の形態の動作について説明する。シリーズ／パラレル式ハイブリッド電気自動車は５つの運転モードを有する。つまり、第１の運転モードはバッテリ２４を電源としてリヤモータ２６を駆動するＥＶ走行、第２の運転モードはエンジン１１の動力を発電機／モータ１９の発電のみに使用し駆動はリヤモータ２６によるシリーズ走行、第３の運転モードはエンジン１１動力のみで走行するエンジン走行、第４の運転モードはエンジン１１での走行を主とし、不足動力分をリヤモータ２６でアシストするパラレル走行、第５の運転モードはエンジン１１での走行を主としエンジン１１の余剰動力分で発電機／モータ１９を発電するシリーズ／パラレル走行である。ここで、第１運転状態は第３、第４、第５の運転モードを意味し、第２運転状態は第２の運転モードを意味し、第３運転状態は第１の運転モードを意味する。

ＨＥＶコントローラ２８は図３及び図４のマップを参照して運転モードを決定し、ＥＣＵ１２、ＣＣＵ１８、ＴＣＵ１５、ＭＣＵ２５に制御信号を出力してシリーズ／パラレル式ハイブリッド電気自動車をその決定された運転モードで運転するように制御する。

つまり、車速Ｖ＜所定車速Ｖthで、充電レベルＳＯＣ≧第２の所定値ＳＯＣ２であれば、エンジン１１を停止してＥＶ走行が行われる。

一方、車速Ｖ＜所定車速Ｖthで、充電レベルＳＯＣ≦第１の所定値ＳＯＣ１（＜ＳＯＣ２）となると、発電機／モータ１９をスタータモータとして使用してエンジン１１を始動させた後、発電機／モータ１９を発電機として機能させてバッテリ２４に充電させ、このバッテリ２４に充電された電力でリヤモータ２６を駆動して電気自動車をシリーズ走行させている。

また、車速Ｖ≧所定車速Ｖthの領域では、図４のマップを参照して運転モードが決定される。つまり、エンジン回転数Ｎｅ＜所定回転数Ｎthあるいはエンジンの出力トルクＴ＜所定トルクαである場合（図中ハッチングで示す）は、電気自動車はＥＶ走行あるいはシリーズ走行される。

図４において、Ａはエンジン１１の最大トルク曲線を示し、閉ループＢはエンジン１１の効率を示す等高線を示す。閉ループＢは中心ほどエンジン１１の効率が良い。つまり、図４中ハッチングで示した領域はエンジン１１の効率が悪い領域に属する。このようなエンジン１１の効率が悪い領域では、エンジン１１を停止させてＥＶ走行させるか、エンジン１１をバッテリ２４を充電させるために用いるシリーズ走行させている。

一方、エンジン回転数Ｎｅ≧所定回転数Ｎthでかつエンジンの出力トルクＴ≧所定トルクαである場合で、充電レベルＳＯＣ＞第５の所定値ＳＯＣ５（＞ＳＯＣ２）であれば、エンジン走行あるいはパラレル走行が行われ、ＳＯＣ≦ＳＯＣ５であればシリーズ／パラレル走行が行われる。

エンジン走行時には、リヤモータ２６は駆動させないで、エンジン１１の駆動力で前輪を駆動する。

パラレル走行時には、エンジン１１及びリヤモータ２６の駆動力により前輪及び後輪が駆動される。

シリーズ／パラレル走行時には、エンジン１１の駆動力で前輪を駆動し、エンジン１１の余剰動力で発電機／モータ１９で発電してバッテリ２４に充電が行われる。

しかして、運転モードが図３のマップのＡ点であり、シリーズ／パラレル走行が行われているときにＥＶ走行（第３運転状態）に移行したときの処理について図２のフローチャートを参照して説明する。

つまり、図２のフローチャートはＨＥＶコントローラ２８が電気自動車の運転状態が第１運転状態から第３運転状態に移行したときに開始される。

まず、充電レベルＳＯＣ＜第１の所定値ＳＯＣ１であるかが判定される（ステップＳ１）。このステップＳ１の判定で「ＹＥＳ」と判定された場合には、シリーズ走行を行う（ステップＳ２）。このシリーズ走行が行われる結果、バッテリ２４の充電レベルＳＯＣは上昇する。そして、バッテリ２４の充電レベルＳＯＣ＞第２の所定値ＳＯＣ２であるかが判定される（ステップＳ３）。

このステップＳ３で「ＮＯ」と判定されている場合は、シリーズ走行が継続して行われる。

そして、ステップＳ３の判定で「ＹＥＳ」と判定されると、ＥＶ走行が行われる（ステップＳ４）。このＥＶ走行が行われる結果、バッテリ２４の充電レベルＳＯＣが低下する。

そして、ＳＯＣ＜第１の所定値ＳＯＣ１であるかが判定される（ステップＳ５）。このステップＳ５において「ＹＥＳ」と判定された場合には、前述したステップＳ２のシリーズ走行が行われる。

一方、ステップＳ５の判定で「ＮＯ」と判定されている間は、ＥＶ走行が継続して行われる。

以上説明したステップＳ１〜５の処理により第１切替手段が構成される。

ところで、ステップＳ１の判定で「ＮＯ」と判定された場合には、充電レベルＳＯＣ＜第３の所定値ＳＯＣ３であるかが判定される（ステップＳ６）。このステップＳ６の判定で「ＹＥＳ」と判定された場合には、シリーズ走行が行われる（ステップＳ７）。このシリーズ走行が行われる結果、バッテリ２４の充電レベルＳＯＣは上昇する。

そして、充電レベルＳＯＣ＞第４の所定値ＳＯＣ４であるかが判定される（ステップＳ８）。なお、ＳＯＣ１＜ＳＯＣ３＜ＳＯＣ４＜ＳＯＣ２である。

このステップＳ８の判定で「ＹＥＳ」と判定されると、エンジン11を停止させてＥＶ走行が行われる（ステップＳ４）。

なお、ステップＳ６において「ＮＯ」と判定された場合には、ＥＶ走行が行われる（ステップＳ４）。

ここで、ステップＳ１，Ｓ６〜Ｓ８，Ｓ４により第２切替手段が構成される。

つまり、運転モードがＥＶ走行に移行した場合でも、図５に示すように、バッテリ２４の充電レベルＳＯＣがＳＯＣ＜ＳＯＣ３であれば、エンジン１１を停止しないでＳＯＣが第４の所定値ＳＯＣ４になるまでシリーズ走行させることによりバッテリ２４を充電させている。従って、車速が落ちる等して運転モードをＥＶ走行に移行する条件が満たされた場合でもエンジン１１を停止させない場合がある。

つまり、従来では図３のＡ点からＢ点に運転モードが移行した際には、必ずエンジンが停止されてＥＶ走行が行われたが、本願発明では充電レベルＳＯＣがＳＯＣ１≦ＳＯＣ＜ＳＯＣ３であれば、エンジン１１を停止しないでシリーズ走行させることによりバッテリ２４を充電させているので、ＥＶ走行に移行してすぐバッテリの充電レベルがＳＯＣ１以下になることが防止され、エンジン１１の始動回数を低減させることができる。

従って、ハイブリッド電気自動車の燃費を向上させ、排出ガスを低減させることができる。なお、このＳＯＣ３は、燃費改善の観点から、ＳＯＣ１を基準としてＳＯＣ１とＳＯＣ３の差分だけ電力を消費するのに数秒程度の走行だけで足りる程度が目安となる。

なお、上記実施の形態では、運転モードがＥＶ走行（第３運転状態）に移行したときに図２のフローチャートの処理を行うようにしたが、車速が所定車速Ｖth未満のときにのみ行うようにしても良い。

このようにすることにより、エンジンの始動音が気になり易い低速域において、エンジンの始動回数を低減させることができる。

さらに、上記実施の形態では、運転モードがＥＶ走行（第３運転状態）に移行したときに図２のフローチャートの処理を行うようにしたが、車両の走行速度が所定車速Ｖth以上のときは、エンジンの回転数Ｎeが所定回転数Ｎth未満、またはエンジンの出力トルクが所定トルクα未満の場合にのみ行うようにしても良い。

このようにすることにより、車両の走行速度が高速域においては、特にエンジン始動音が気になりやすい領域において、エンジンの始動回数を低減させることができる。

なお、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく種々変形可能である。

本発明の一実施の形態に係るハイブリッド電気自動車のシステム構成図。同実施の形態に係るＨＥＶコントローラの動作を説明するためのフローチャート。同実施の形態に係る車速とバッテリの充電レベルＳＯＣによって規定したハイブリッド電気自動車の運転モード領域を示す図。同実施の形態に係るエンジン回転数とトルクによって規定したハイブリッド電気自動車の運転モード領域を示す図。同実施の形態に係るエンジン駆動時の発電判定を示す図。従来のエンジン駆動時の発電判定を示す図。

符号の説明

１１…エンジン、１２…ＥＣＵ、１３…クラッチ、１４…変速機、１５…ＴＣＵ、１８…ＣＣＵ、１９…モータ、２３…インバータ、２４…バッテリ、２５…ＭＣ
２６…ＨＥＶコントローラ。

Claims

車両に搭載されたエンジンと、
前記エンジンの出力を前記車両の駆動輪に伝達する駆動系機構と、
前記エンジンの出力を電気エネルギーに変換する発電機と、
前記発電機の出力する電力を蓄積するバッテリと、
前記発電機の出力する電力または前記バッテリから供給される電力を運動エネルギーに変換するモータと、
前記エンジンの出力を走行用の動力として用いる第１運転状態と、前記エンジンの出力を専ら発電用の動力として用いる第２運転状態、並びに前記エンジンを停止して前記モータにより前記車両の動力を得る第３運転状態を前記バッテリの充電レベルに応じて切替える運転状態切替手段とを備え、
前記運転状態切替手段は、前記第３運転状態のときに前記バッテリの充電レベルが第１の所定値よりも小さくなったときは、前記バッテリの充電レベルが第１の所定値より大きい第２の所定値に上昇するまで前記第２運転状態へ切替える第１切替手段と、
前記第１運転状態から前記第３運転状態に切替える際に、前記バッテリの充電レベルが前記第１の所定値より大きく前記第２の所定値より小さい第３の所定値より小さいときは、前記第３運転状態に切替える直前に、前記バッテリの充電レベルが前記第３の所定値より大きく前記第２の所定値より小さい第４の所定値に上昇するまで前記第２の運転状態に切替える第２切替手段とを具備したことを特徴とするハイブリッド電気自動車の制御装置。
前記第１切替手段および前記第２切替手段は、前記車両の走行速度が所定車速未満のときに適用することを特徴とする請求項１記載のハイブリッド電気自動車の制御装置。
前記第１切替手段および前記第２切替手段は、
前記車両の走行速度が所定車速以上のときは、前記エンジンの回転数が所定回転数未満、または前記エンジンの出力トルクが所定トルク未満であるときに適用することを特徴とする請求項１記載のハイブリッド電気自動車の制御装置。