JP2007030869A - 車両内の機関の制御方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】HEV又は、機関と車輪との間の切断クラッチを利用しない他の車両において、変速機がニュートラルに変化したとき、機関にかかる幾つかの或いは全ての負荷が除去されるものであって、ニュートラルへの変速時に機関回転数が不所望に増加するのを抑制する。
【解決手段】ニュートラル変速ギアが選択されたときを判定する工程及び、ニュートラル変速ギアが選択されたときに少なくとも一つの所定状態に基づいて機関作動を制御すべく機関パラメータを調整する工程による、フィード・フォワード制御を使用する。少なくとも一つの所定状態は、バッテリーの充電状態のような車両パラメータの値が所定範囲外にあることを含む。
【選択図】図２

Description

本発明は、車両内の機関の制御方法に関連する。
車両の機関は、種々の負荷条件に晒される可能性があり、それらの幾つかは、車両それ自体を推進するというよりもむしろ車両内のシステムの動作に基づき得る。具体例の一つとして、車両内の空調システムが、機関に対して追加の負荷を供給し得る。例えば、機関は、空調用コンプレッサを機械的に駆動する場合があり、また、そのコンプレッサの運転のための電力を増加すべくオルタネータを駆動する場合がある。
機関が、バッテリーを充電するために使用されるオルタネータ或いは発電機に、トルクを供給すべく使用されるときもまた、追加の負荷が機関にかかり得る。そのような機関への負荷は、ハイブリッド電気自動車（hybrid electric vehicle: HEV）内に見られるような、大容量を持つ高電圧バッテリにおいて特に高くなり得る。そこにおいて一つ以上の車両システムが機関に負荷を加える状況において、機関の出力を増加すべく、一つ以上の機関パラメータが調整される必要があり得る。例えば、車両システムによって要求される必要動力を提供すべく機関出力トルクを増加するため、機関に供給される空気流量が増加される場合がある。
米国特許5,712,786号明細書
機関の負荷が増加するとき、増加した負荷を補償するための制御装置が機能しない限り、機関の速度が変わる可能性がある。機関の一つである内燃機関（エンジン）のアイドル速度制御の一例が、特許文献1に記載されている。特許文献1に記載された方法及び装置は、エンジンのアイドル中の電気負荷の急増を補償するために構成されている。オルタネータから出力されることになる電気負荷の電流値が得られ、得られた電流値に応じてエンジンへの吸気が増加させる。この制御装置は、エンジンのアイドル速度を略一定に保つべく使用される。特許文献1に記載された方法及び装置の限界の一つは、制御装置がエンジンのアイドル速度の維持に迅速に対応できるよう、加えられる電気負荷の増加を迅速に検出する必要がある点である。そのような装置は、フィード・バック制御に依存し、それはフィード・フォワード制御に比べて応答性が遅くなる場合がある。
多くの車両において、車両システムによって機関に与えられる負荷は、車両それ自体の運転とは比較的独立している。例えば、機関に負荷を与える空調システムは、車両が停止しているか動いているかに関わらず、又は、変速機が前進ギア、後進ギア、ニュートラル・ギアのいずれになっているかに関わらず、そのような負荷を与える。しかしながら、いくつかの車両においては、機関にかかる負荷が、車両の動作に直接依存する場合もある。例えば、HEV又は、機関と車輪との間の切断クラッチを利用しない他の車両において、変速機がニュートラルに変化したとき、機関にかかる幾つかの或いは全ての負荷が除去される場合がある。このことは、変速機がニュートラルになっているときに、機関が何らかの事情で出力トルクを車輪に供給しないということのために望ましいかもしれない。もし、ニュートラルへの変速に先立って、機関が著しく大きな負荷状態に晒される場合、負荷が除去されたとき、即ち、変速機がニュートラルに変速されたとき、機関速度は急激に増加し得る。機関の負荷の除去を補償するためにフィードバック制御装置が使用される可能性もあり得るが、機関速度は、それが調整される前に既に、高い値にまで不所望に増加し得る。
従って、機関内の負荷状態の変化を促進し得るイベントが生じたときに、機関の運転パラメータを迅速に調整するための制御装置の必要性が存在する。
本発明の利点の一つは、機関状態が変化するのを待つことなく、機関パラメータを調整可能な、フィード・フォワード制御を利用する制御方法を提供することである。
本発明の別の利点は、機関作動の先行調整を提供すべく、イベントの検出に従って作動することが可能な制御方法を提供することである。
本発明はまた、変速機を含む車両内の機関制御方法を提供する。その方法は、ニュートラル変速ギアが選択された時を判定する工程及び、車両パラメータの値を決定する工程を含む。ニュートラル変速ギアが選択されることが判定されたとき、少なくとも一つの所定の条件に基づいて、機関の作動を調整すべく、機関パラメータが調整される。少なくとも一つの所定条件は、車両パラメータの値が所定範囲外にあることを含む。
本発明は更に、選択的に負荷を機関に与えることが可能な車両システムを含む車両内の機関を制御するための方法を提供する。その方法は、機関負荷に関連する車両パラメータを決定する工程を含む。方法はまた、車両システムによって与えられた機関負荷の除去を促進するイベントを検出する工程を含む。機関パラメータは、そのイベントが検出され且つ、少なくとも一つの所定条件が成立したときに、機関作動を制御すべく調整される。少なくとも一つの所定条件は、車両パラメータの値が所定範囲外にあることを含む。
図1は、本発明の実施形態の一つに従った、車両10の概略図を示す。車両10は、機関12（例えば、内燃機関: エンジン）及びモーター若しくは発電機14を含む。機関12及び発電機14は、この実施形態において遊星歯車機構16である、動力伝達装置によって接続されている。もちろん、他のギア機構や変速装置を含む他の形式の伝達装置が、エンジン12と発電機14とを接続するのに使用され得る。遊星歯車機構は、リング・ギア18、キャリア20、遊星ギア22及び、サン・ギア24を含む。
発電機14はまた、サン・ギア24に結合されたシャフト26にトルクを出力するモーターとして使用され得る。同様に、エンジン12はキャリア20に結合されたシャフト28にトルクを出力する。ブレーキ30が、シャフト26の回転を止め、それによって適所にサンギヤ24をロックするために、設けられる。この構成は、トルクが発電機14からエンジン12へ伝達されるのを許容するので、シャフト28が一方向のみに回転するよう、ワンウェイ・クラッチ32が設けられている。図1に示されているように、エンジン12に動作可能に接続された発電機14を持つことが、エンジン12の速度が発電機14によって制御されるのを可能とする。
リングギア18が、第二歯車機構38によって車両の駆動輪36に接続されたシャフト34に接続される。車両10は、シャフト42にトルクを出力するために利用され得る第二電気機械若しくはモーター40を含む。本発明の範囲内の他の車両は、電気機械が2台よりも多い又は少ないような、異なる電気機械配置を持つことも可能である。図1に示される実施形態においては、モーター40および発電機14の両方とも、トルクを出力するためのモーターとして使用することができる。あるいは、モーター40および発電機14の各々は、電力を高電圧バス44および、エネルギー蓄積装置若しくはバッテリー46に供給する発電機として使用することもできる。
バッテリー46は、モーター40および発電機14を作動するための電力を出力することが出来る、高電圧バッテリーである。他の形式のエネルギー蓄積装置及び/又は出力装置を、車両10のような車両と共に使用することができる。例えば、高電圧バッテリーのように、電気エネルギーの貯蔵と出力の両方ができるキャパシターのような装置を使用することができる。あるいは、車両10の電力を提供するために、燃料電池のような装置をバッテリー及び/又はキャパシターと一緒に使用することも出来る。
図1において示されているように、モーター40、発電機14、遊星歯車機構16および第二歯車機構38の一部を、トランスアクスル48と呼ぶことが出来る。トランスアクスル48は、通常の車両の変速装置に類似している。従って、ドライバーが特定のギアを選択したとき、トランスアクスル48は、そのギアを提供すべく適切に制御される。エンジン12およびトランスアクスル48の構成要素（例えば、発電機14とモーター40）を制御するため、制御器50を含む制御システムが備えられている。図1の中で示されるように、制御器50は、車両システム制御器及びパワートレイン制御モジュールの組み合わせ（vehicle system controller/power train control module: VSC/PCM）である。それは単一のハードウェア装置として示されているが、複数のハードウェア装置の形態の複数の制御器を含むものでも、1つ又は複数のハードウェア装置内の複数のソフトウェア制御器を含むものであっても良い。
コントローラー・エリア・ネットワーク（controller area network: CAN）52は、VSC/PCM50が、トランスアクスル48およびバッテリー制御モジュール（battery control module: BCM）54と通信することを可能にする。ちょうどバッテリー46がBCM 54を備えているように、VSC/PCM 50によって制御される他の装置は、自身の制御器を持ってもよい。例えば、エンジン制御ユニット（ECU）が、VSC/PCM 50と通信し、エンジン12の制御機能を実行しても良い。加えて、トランスアクスル48は、トランスアクスル制御モジュール（transaxle control module: TCM）のような、一つ又は複数の制御器を含み、発電機14及び/又はモーター40のような、トランスアクスル48内の特定の構成要素を制御するように構成しても良い。これらの制御器の幾つか又は全ては、本発明の制御システムの一部となり得る。
トランスアクスル48からの入力に加えて、VSC/PCM 50は他の車両システムからの入力を含み得る。例えば、同様に図1に示されるように、変速装置のギア・セレクター56が、ドライバーによって選択されたギア、例えばパーキング、ニュートラル、前進又は後進ギアをVSC/PCM 50に伝える。図1に示される車両10はHEVであるが、本発明は、通常の「エンジンのみ」の車両を含む他の形式の車両においても使用され得る。加えて、図1に示される車両10は、パラレル・シリーズ式のHEVであるが、本発明は、そのような「動力分割（power split）」構成を持つHEVに限定されない。
上述したように、ある形式の車両が、車両の作動状態に依存してエンジン負荷状態の変化をもたらし得る。例えば、発電機14は、車両10内の種々のシステムの要求に依存する反力トルクをエンジン12に供給し得る。例えば、バッテリー46の充電状態（state of charge: SOC）が、いつくかの所定値を下回ると判定されたとき、発電機14は、バッテリー46を充電すべく、エンジン12に大きな反力トルクを供給し得る。エンジン12、トランスアクスル48及び、BCM 54と通信するVSC/PCM 50は、BCM 54から受ける信号に基づいて充電状態を判定可能であり、その反対に、バッテリー46が適切に充電されるのを確かなものとすべく、発電機14及びエンジン12に指令を供給することが出来る。他の車両システムが、エンジンの負荷の増加をもたらす場合があり、例えば、空調装置（不図示）が、その起動時にそのような増加をもたらし得る。そのような場合、VSC/PCM 50は、負荷が加わったことを示す信号を検出し、必要なシステムに適正な動力が供給されることを確かなものとすべく、適切な指令を供給する。
図1に示すように、車両10はエンジン出力を車輪36から完全に分離するための切断クラッチを含まない。トランスアクスル48がニュートラル・ギアに変速されているときに、エンジン12によって出力されるトルクが車輪36に伝わらないことを確かなものとするため、種々の制御装置及び方法が採用され得る。ここにおいて参照として完全に取り込む米国特許出願公開第2004/0254045号明細書が、そのような装置及び方法を開示する。
そのような装置の一つは、トランスアクスル48がニュートラル・ギアに入れられるときに、エンジン12による如何なるトルク出力も無効にするため、発電機を使用する。あるいは、発電機14は、エンジン12からの全てのトルク出力が、自由に回転することを可能とされた発電機14を回するために使用されるよう、エンジン12に反力トルクが供給されないようにすべく制御される場合がある。この後者の制御装置を使用することにより、トランスアクスル48がニュートラルになったとき、全ての外部負荷はエンジン12から効果的に除去される。上述したとおり、追加の制御装置が全くない場合、エンジン12の速度が、不所望に高くなる場合がある。
上述したように、そのような場合にエンジン速度を調整するために使用され得る制御装置の一つは、最初にエンジン速度を測定し、それを所定のエンジン速度範囲と比較し、それから算出された速度誤差に基づいて調整を行う、フィード・バック装置である。そのような装置は、VSC/PCM 50のような制御器の中にプログラムされ得、本発明の実施形態に含まれ得る。加えて、本発明はまた、エンジン負荷状態の起こり得る変化に対してより迅速に反応することが可能なフィード・フォワード装置も提供する。例えば、図2は本発明の実施形態の一つを表す、ハイレベル・フローチャートを示す。最初に、フローチャート58に示される種々のステップが、時間的順序で生じるように見えるが、少なくとも幾つかのステップが異なった順序で生じる場合があり、そして、幾つかのステップが同時に実行される場合もあることを記しておく。
図2に示すように、最初のステップ60が、ニュートラル・ギアへの変速を検出することである。これは、変速装置のギア・セレクター56を介してVSC/PCM 50に伝えられ得、或いは、トランスアクスル48によってVSC/PCM 50へ供給される信号から直接的に検出され得る。ステップ60は具体的にニュートラル・ギアへの変速を検出すると述べているが、本発明が、エンジン12のような機関に一つ以上の車両システムによって加えられる幾つかの或いは全ての負荷の除去を促進し得る、いかなるイベントの検出も意図していることを記しておくべきである。
ステップ62において、充電状態が測定される。バッテリーの充電状態は、エンジン負荷の指標となる。例えば、もし充電状態が或る値（例えば45%）を下回るならば、発電機14がバッテリー46を充電するために追加の負荷をエンジン12に加え得る。逆に、もし充電状態がある値を超えていれば、バッテリー46が過充電されないようにエンジン12が低減された負荷で動作され得る。従って、BCM 54は、充電状態に関連する一つ以上の信号をVSC/PCM 50に供給することが出来、それはエンジン12にかかる負荷の指標を供給する。
バッテリーの充電状態が、本発明に従って使用され得る車両パラメータの一例に過ぎないことを記しておくべきである。例えば、発電機14は、車両10及び、その中の種々のシステムの要求に基づいて、多かれ少なかれエンジン12への反力トルクを供給すべく運転され得る。したがって、発電機14に供給されるトルク指令の値が、エンジン12への負荷の指標として使用される車両パラメータであり得る。もちろん、これらは、エンジン負荷の指標としてVSC/PCM 50によって使用され得る、車両パラメータの例に過ぎない。
判定ブロック64において、充電状態が第一所定充電状態を下回るかどうかが判定される。この判定を行う別の方法は、充電状態がある所定範囲外にあるかどうかを判定することである。例えば、もし所望の充電状態範囲が45−50%であったならば、充電状態が45%を下回っている場合に充電状態はこの範囲の外側になるであろう。もちろん、これらの値は単なる例示として使われたのであり、本発明をどのようにして実行するかに依存して、異なる値が使用され得る。例えば、バッテリーの充電状態が減少するに連れ、エンジン12の負荷が増加するようなスライド制もあり得る。さらに、バッテリーの充電状態がある値に到達したのち、エンジンの負荷が、バッテリー46が過充電されないことを確実なものとすべくスライド制に従って減少されても良い。従って、エンジン12にかかる負荷はバッテリーの充電状態に関係なく変化する場合があり、更には、いくつかの選択された中間領域において、エンジン負荷への影響が本発明の目的を無視出来るまで小さくなる場合がある。
図2に戻ると、もし充電状態が所定値を下回っているならば、ステップ66において、エンジン12に供給される空気量が低減される。上述したように、方法58に示されるステップは、時間的な順序を必ずしも必要としない。例えば、VSC/PCM 50は、バッテリーの充電状態に関してBCM 54から最新情報を定期的に得ることが出来る。従って、VSC/PCM 50は、ニュートラル・ギアへの変速がステップ60にて検出されると直ぐに、調整が行われる前にエンジン速度が所定幅の外へ出ることを必要としない、真のフィード・フォワード制御を提供する、一種の即時型反応を提供する（例えば、ステップ66を参照）。
判定ブロック64において、もし充電状態が第一所定値を下回っていないことが判定されたならば、こんどは判定ブロック68において、充電状態がある第二所定値を上回っているかどうかが判定される。上述したように、第一及び第二所定値は、45-50%のような最適な充電状態範囲を規定する。もし、バッテリーの充電状態が第二所定値を上回るならば、VSC/PCM 50はエンジン12に空気流量を増やす指令を供給する（ステップ70を参照）。上述したように、エンジン12に加えられる負荷は、充電状態が相対的に高い状態において低減される場合があり、それによってバッテリー46は過充電されない。発電機14が自由に回転することが可能とされたとき、トランスアクスル48がニュートラルに変速すると直ぐに、エンジン12に対する余分負荷或いは、低減される負荷が除去される。従って、安定した燃焼を維持するように、ニュートラルへの変速の後、エンジン12に対する空気流量の増加が要求され得る。
ステップ66及び70において夫々表わされている、空気流量の低減及び増加は、本発明に従って調整され得るエンジン・パラメータの一つに過ぎないことを記しておくべきである。例えば、エンジン12のスパーク・タイミングや、エンジン12に供給される燃料量が、空気流量に対する調整に代わって調整され得、或いは、必要に応じて、これらのパラメータの一つ以上が一緒に調整され得る。さらに、直噴エンジンの場合において、望ましいエンジン制御をもたらすべく、燃料噴射タイミングが調整される場合もある。
図2に戻ると、判定ブロック68において、充電状態が第二所定値を上回っていないと判定されたならば、制御はステップ72に示すフィード・バック制御に戻る。フィード・バック制御はまた、例えばステップ66又は70においてエンジン・パラメータが調整されたあとに使用されるデフォルトでもある。一つ以上のエンジン・パラメータ（ステップ66及び70を参照）を調整するのに使用されるフィード・フォワード制御装置は、ステップ72においてエンジン制御がフィード・バック制御装置に戻る前の或る所定時間の間、継続させてもよい。さらに、フィード・バック制御は、バッテリーの充電状態ほどエンジン12に深刻な影響を与えない或るエンジン負荷状態のために使用される場合がある。ステップ72に示されるフィード・バック制御は、上述したように実行され得、それによって、VSC/PCM 50がエンジン12の速度を監視し、そして、エンジン速度が所定幅外に出たときのような或る速度誤差に基づいて、調整を行う。
本発明を実行するための最良の方法を詳細に述べてきたが、本発明が関連する技術分野の当業者であれば、特許請求の範囲に規定された本発明を実行するために、種々の代替設計及び代替実施形態を認識するであろう。
本発明に従った車両の動力伝達装置の一例の概略図である。 本発明の方法を示す、フローチャートである。
符号の説明
12. エンジン
14. 発電機
40. モーター
46. バッテリー
50. 制御器
56. ギア・セレクター

Claims (14)

  1. 変速機を含む車両内の機関の制御方法において、
    ニュートラル変速ギアが選択される時を判定する工程、
    車両パラメータの値を判定する工程、及び、
    上記ニュートラル変速ギアが選択されたことが判定されたとき、少なくとも一つの所定状態に基づいて機関作動を制御すべく機関パラメータを調整する工程を有し、
    上記少なくとも一つの所定状態が、上記車両パラメータの値が所定範囲外にあることを含む、方法。
  2. 上記車両が、少なくとも一つの車両構成部品に電力を供給するよう作動するバッテリーを更に含み、
    上記車両パラメータが、上記バッテリーの充電状態であり、
    上記機関パラメータを調整する工程が、機関への空気流量を調整する工程を含む、
    請求項1に記載の方法。
  3. 上記少なくとも一つの所定状態が、上記バッテリーの充電状態が第一の所定充電状態を下回る状態を含み、
    上記機関パラメータを調整する工程が、上記機関への空気流量を低減する工程を含む、
    請求項2に記載の方法。
  4. 上記少なくとも一つの所定状態が、上記バッテリーの充電状態が第二の所定充電状態を上回る状態を含み、
    上記機関パラメータを調整する工程が、上記機関への空気流量を増加する工程を含む、
    請求項2又は3に記載の方法。
  5. 上記車両が、入力されるトルク指令に基づいて上記機関に対して選択的に反力トルクを供給するように作動する電気機械を更に含み、
    上記車両パラメータが、上記電気機械に対するトルク指令であり、
    上記少なくとも一つの所定状態が、上記電気機械に対する上記トルク指令の値が、所定トルク指令値を上回る状態を含む、
    請求項1乃至4のいずれか一つに記載の方法。
  6. 上記機関パラメータを調整する工程が、機関のスパーク時期を調整する工程、機関に供給される燃料量を調整する工程又は、燃料噴射タイミングを調整する工程の、少なくとも一つを含む、
    請求項1乃至5のいずれか一つに記載の方法。
  7. 上記ニュートラル変速ギアが選択された後に機関速度を判定する工程、及び、
    判定された機関速度が所定機関速度範囲外にあるときに機関速度を調整し、それによってフィード・バック制御を提供する工程、
    をさらに有する、請求項1乃至6のいずれか一つに記載の方法。
  8. 機関に選択的に負荷を加え得る車両システムを含む車両内の機関の制御方法において、
    機関負荷に関連する車両パラメータを判定する工程、
    上記車両システムによって上記機関に加えられる負荷の除去を促進するイベントを検出する工程、及び、
    上記イベントが検出され且つ、少なくとも一つの所定条件が成立したとき、機関作動を制御すべく機関パラメータを調整する工程を有し、
    上記少なくとも一つの所定条件が、上記車両パラメータの値が所定範囲外にあることを含む、
    方法。
  9. 上記車両が変速装置を更に有し、
    上記車両システムによって上記機関に加えられる負荷の除去を促進するイベントが、ニュートラル変速ギアの選択である、
    請求項8に記載の方法。
  10. 上記車両が、入力されるトルク指令に少なくとも部分的に基づいて上記機関に対して選択的に反力トルクを供給するように作動する電気機械を更に含み、
    上記機関負荷に関連する車両パラメータが、上記電気機械に対するトルク指令であり、そして、
    上記少なくとも一つの所定状態が、上記電気機械に対する上記トルク指令の値が、所定トルク指令値を上回る状態を含む、
    請求項8又は9に記載の方法。
  11. 上記車両がバッテリーを更に含み、そして上記車両システムが上記バッテリーの充電を促進すべく上記機関に負荷を加えるように構成された電気機械を含み、
    上記機関負荷に関連する車両パラメータが、上記バッテリーの充電状態である、
    請求項8乃至10のいずれか一つに記載の方法。
  12. 上記少なくとも一つの所定条件が、上記バッテリの充電状態が第一所定充電状態を下回ることを含み、
    上記機関パラメータを調整する工程が、上記機関への空気流量を低減する工程を含む、
    請求項11に記載の方法。
  13. 上記少なくとも一つの所定条件が、上記バッテリの充電状態が第ニ所定充電状態を上回ることを含み、
    上記機関パラメータを調整する工程が、上記機関への空気流量を増加する工程を含む、
    請求項11又は12に記載の方法。
  14. 上記機関パラメータを調整する工程が、機関のスパーク時期を調整する工程、機関に供給される燃料量を調整する工程又は、燃料噴射タイミングを調整する工程の少なくとも一つを含む、
    請求項8乃至13のいずれか一つに記載の方法。
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