JP2007090959A - ハイブリッド車 - Google Patents

Abstract

【課題】 エンジンを停止して走行中に、アクセル操作等以外の操作によりエンジンを始動することが可能なハイブリッド車を提供すること。
【解決手段】 内燃機関と電動機を含む複数の駆動手段を備え、内燃機関を停止して走行可能なハイブリッド車において、操作者の入力操作が可能な入力手段を備え、内燃機関を停止して走行中に入力手段に対して入力操作がなされた所定入力操作時には、内燃機関を始動することを特徴とする。
【選択図】 図２

Description

本発明は、ハイブリッド車に関し、特に、内燃機関と電動機を含む複数の駆動手段を備え、内燃機関を停止して走行可能なハイブリッド車、および、内燃機関と電動機を含む複数の駆動手段を有し、該内燃機関の運転を制限する内燃機関運転制限モードを含む複数の走行モードのうち一つを選択して走行するハイブリッド車に関する。

一般に、エンジンとモータを備えるハイブリッド車は、エンジンの動力のみにより走行したり（以下、エンジン走行という）、エンジンを停止してモータの動力のみにより走行したり（以下、モータ走行という）、或いはエンジンとモータとの両方を用いて走行したりすることが可能である。通常、エンジンは低出力のときにエネルギー効率が低下するため、低車速の場合にモータの動力のみによる走行を行ない、車速が増加するに従ってエンジンを始動する制御や、急加速の場合にエンジンとモータの両方を用いて走行する制御などが行なわれ、燃費およびレスポンスの向上を図っている。また、車両によっては、モータ走行を優先的に行なう走行モード（以下、モータ走行モードという）を、乗員の操作により選択可能にしており、エンジンよりも騒音の小さいモータによる静かな走行が求められる場合や、低速走行が継続すると思われる場合などに対応している。さらに、過去の走行データに基づいて自動的にモータ走行モードへの切替えを行なう車両も知られている（例えば、特許文献１参照）。この車両では、過去に低車速で走行した特定の場所に至ると、自動的にモータ走行モードが選択される。
特開２００５−１６０２７０号公報

しかしながら、このようなハイブリッド車では、モータ走行により静かな走行を実現している反面、この静かさによって歩行者等が車両の接近に気づきにくい場合が生じる。従って、例えば見通しの悪い住宅地を走行している場合など、モータ走行を行なっている最中に、一時的にエンジンを始動してその発する音により自車の存在を報知する必要性を感じる場合がある。これに対し、ハイブリッド車の一般的な制御では、アクセルを踏み込んで車両に要求する駆動力を上げること等により結果的にエンジンを始動することは可能であるが、この場合、本来必要のない加速度が発生してしまう。

本発明はこのような課題を解決するためのものであり、エンジンを停止して走行中に、アクセル操作等以外の操作によりエンジンを始動することが可能なハイブリッド車を提供することを主たる目的とする。

上記目的を達成するための本発明の第１の態様は、内燃機関と電動機を含む複数の駆動手段を備え、内燃機関を停止して走行可能なハイブリッド車において、操作者の入力操作が可能な入力手段を備え、内燃機関を停止して走行中に入力手段に対して入力操作がなされた所定入力操作時には、内燃機関を始動することを特徴とするものである。

この本発明の第１の態様によれば、内燃機関を停止して走行中に、入力手段への入力操作により内燃機関を始動することができる。これにより、内燃機関の発する音により自車の存在を歩行者等に報知することもできる。

本発明の第２の態様は、内燃機関を含む複数の駆動手段を有し、内燃機関の運転を制限する内燃機関運転制限モードを含む複数の走行モードのうち一つを選択して走行するハイブリッド車であって、操作者の入力操作が可能な入力手段を備え、内燃機関運転制限モードが選択され、且つ内燃機関を停止して走行中に、入力手段に対して入力操作がなされた所定入力操作時には、内燃機関を始動することを特徴とするものである。

本発明の第２の態様によれば、内燃機関の運転を制限する運転モードで内燃機関を停止して走行中に、入力手段への入力操作により内燃機関を始動することができる。これにより、内燃機関の発する音により自車の存在を歩行者等に報知することもできる。

本発明の第１又は第２の態様は、好ましくは、所定入力操作時には、内燃機関を所定時間運転することを特徴とするものである。これにより、内燃機関の運転が必要な所定時間の経過後には、自動的に内燃機関を停止した状態での走行に戻すことができ、操作者の操作が煩雑になることを回避することができる。また、この所定時間は、より好ましくは、操作者の入力操作により設定可能な時間である。

また、この本発明の第１又は第２の態様において、入力手段は、好ましくは、内燃機関の始動にのみ用いられる手段である。これにより、入力操作に付随して本来必要でない効果が発生するのを回避できる。

本発明によれば、エンジンを停止して走行中に、アクセル操作等以外の操作によりエンジンを始動することが可能なハイブリッド車を提供することができる。

以下、本発明を実施するための最良の形態について、添付図面を参照しながら実施例を挙げて説明する。

図１は本発明の一実施例に係るハイブリッド車１０の全体構成の概略を模式的に示す図である。ハイブリッド車１０は、主要な構成として、エンジン２０と、第１モータＭ１と、第２モータＭ２と、パワーコントロールユニット（以下ＰＣＵ：Ｐｏｗｅｒ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔという）３０と、プラネタリギヤ４０と、ハイブリッド電子制御ユニット（以下、ＥＣＵ：Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔという）５０と、ＥＶスイッチ７０と、エンジン始動スイッチ８０と、を備える。

エンジン２０は、例えば、ガソリン等の燃料により主に走行用の動力を出力する。エンジン２０に対して、エンジン電子制御ユニット（以下、ＥＣＵという）２２により、燃料噴射制御（ＥＦＩ：Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｆｕｅｌ Ｉｎｊｅｃｔｉｏｎ）や点火時期制御（ＥＳＡ：Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｓｐａｒｋ Ａｄｖａｎｃｅ），アイドル回転数制御（ＩＳＣ：Ｉｄｌｅ Ｓｐｅｅｄ Ｃｏｎｔｒｏｌ）など複数の制御が集中的に行なわれ、エンジン２０を最適な状態で運転している。

第１モータＭ１や第２モータＭ２は、例えば、発電可能な永久磁石式交流同期型モータである。ＰＣＵ３０は、インバータや昇圧コンバータを備え、ハイブリッドＥＣＵ５０からのスイッチング制御信号に基づいて、バッテリ３２からの電力を昇圧して第１モータＭ１や第２モータＭ２に供給している。バッテリ３２は、例えばニッケル水素バッテリである。バッテリ３２には、バッテリ電子制御ユニット（以下、ＥＣＵ：Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔという）３４が接続されており、図示しない電流センサにより検出された充放電電流に基づいて残容量（ＳＯＣ：Ｓｔａｔｅ Ｏｆ Ｃｈａｒｇｅ）を計算し、ＳＯＣが低下すると充電要求を、ＳＯＣが上昇すると放電要求を、ハイブリッドＥＣＵ５０に送信している。

プラネタリギヤ４０は、外歯歯車のサンギヤ４１と、内歯歯車のリングギヤ４４と、サンギヤ４１とリングギヤ４４に噛合する複数のピニオンギヤ４２のプラネタリギヤ４０の中心軸周りの回転を統合して保持するキャリア４３とを備える。サンギヤ４１には第１モータＭ１の回転軸が、複数のピニオンギヤ４２が接続されたキャリア４３にはエンジン２０のクランクシャフトが、リングギヤ４４にはギヤ機構６０や駆動軸６１等を介して駆動輪６１Ａ，６１Ｂがそれぞれ接続されている。また、リングギヤ４４には、減速機６２を介して第２モータＭＧの回転軸が接続されている。

ハイブリッドＥＣＵ５０は、例えばＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）を中心として構成されたマイクロプロセッサである。ハイブリッドＥＣＵ５０には、アクセルペダルに取り付けられたアクセルペダルセンサ７１からのアクセル開度ＡＣや、シフトレバーに取り付けられたシフトポジションセンサ７２からのシフトポジションＳＰ、車速センサ７３からの車速Ｖ、更にはＥＶスイッチ７０やエンジン始動スイッチ８０からの入力操作信号等の信号が入力されており、これらの信号に基づいて計算されたエンジン２０や第１モータＭ１，第２モータＭ２の運転駆動のための信号を、エンジンＥＣＵ２２やＰＣＵ３０に送信している。

ＥＶスイッチ７０は、例えば、運転席前方に配置され、後述するモータ走行を優先的に行なうＥＶモードのオン／オフを入力操作可能なスイッチである。また、エンジン始動スイッチ８０は、例えば、運転席前方に配置されており、モータ走行の最中に入力操作されると、後述の制御によりエンジン２０が始動される。なお、エンジン始動スイッチ８０は、車両の始動時にエンジン始動に用いられるメカキーと共用されてもよい。

以下、ハイブリッド車１０の駆動制御について、Ａ．第２モータＭ２の動力のみにより走行するモータ走行と、エンジン２０と第１モータＭ１と第２モータＭ２とを用いて走行するエンジン／モータ走行と、の切替えについて、Ｂ．エンジン／モータ走行の基本的な制御、及びエンジン始動の際の過渡時の制御について、の順に説明する。

Ａ．図２は、ハイブリッド車１０において行なわれる駆動制御フローの一例を示すフローチャートである。本フローは、ハイブリッドＥＣＵ５０により、一定の時間毎に繰り返し実行される。

まず、ハイブリッドＥＣＵ５０は、ＥＶモードであるか否かを判定する（Ｓ１００）。この判定は、ＥＶスイッチ７０でオン／オフの操作がされたり、後述する処理で解除されたりする毎にオン／オフのフラグをハイブリッドＥＣＵ５０が備えるＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）等に記憶し、これを読み出すことにより行なう。

ＥＶモードでないと判定された場合は（Ｓ１００のＮＯ）、上述したセンサ群から入力されたアクセル開度ＡＣとシフトポジションＳＰと車速Ｖとに基づいて、駆動軸６１に要求される駆動軸要求トルクＴｄｔを計算し、駆動軸要求動力Ｐｄｔを駆動軸要求トルクＴｄｔと駆動軸６１の回転数Ｎｄとの積として計算する。そして、エンジン２０から出力すべき要求動力Ｐｅｔを、この駆動軸要求動力ＰｄｔとバッテリＥＣＵ３４から送信されるバッテリ３２の充放電要求Ｐｂｔ（ここでは、充電側を正とする）との和をとることにより計算する（Ｓ１０２）。駆動軸要求トルクＴｄｔの計算は、例えば、アクセル開度ＡＣの増加に応じて駆動軸要求トルクＴｄｔが大きくなる傾向に予め定められ、ハイブリッドＥＣＵ５０が備えるＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）等に記憶されたマップに基づいて行なうことができる。また、駆動軸６１の回転数は、駆動輪６１Ａ、６１Ｂに取り付けられた車輪速センサからの値を用いてもよいし、第２モータＭ２に取り付けられた回転センサ（レゾルバ）からの値に基づいて計算してもよい。

そして、要求動力Ｐｅｔが閾値Ｐｓ以上であるか否かを判定する（Ｓ１０４）。閾値Ｐｓは、エンジン２０をエネルギー効率よく運転できる最小の動力付近の値に設定されている。要求動力Ｐｅｔが閾値Ｐｓ未満である場合は（Ｓ１０４のＮＯ）、前回エンジン始動スイッチ８０の操作がされてから所定時間Ｔ経過したか否かを判定する（Ｓ１０６）。所定時間Ｔ経過している場合は（Ｓ１０６のＹＥＳ）、第２モータＭ２の動力のみによりモータ走行を行なう（Ｓ１０８）。ここでは、ハイブリッドＥＣＵ５０からＰＣＵ３０に、第２モータＭ２の要求トルクＴＭ２ｔが出力されるように、インバータのスイッチング制御信号等が送信される。なお、要求トルクＴＭ２ｔは、駆動軸要求トルクＴｄｔをギヤ機構６０のギヤ比Ｇ１と減速機６２のギヤ比Ｇ２で除して求められる。図３は、この状態におけるプラネタリギヤ４０の各回転要素の回転数とトルクの力学的な関係を示す共線図である。図中、Ｓはサンギヤ４１の回転数Ｎｓを、Ｃはキャリア４３の回転数Ｎｃを、Ｒはリングギヤ４４の回転数Ｎｒを、それぞれ表す。また、図中、太線矢印は、それぞれの回転要素上に出力されるトルクを表す。なお、これらの回転数の間には、次式（１）の関係が成り立っている。ρは、プラネタリギヤ４０のギヤ比である。

（１＋ρ）・Ｎｃ＝ρ・Ｎｓ＋Ｎｒ ‥（１）
要求動力Ｐｅが閾値Ｐｓ以上である場合や（Ｓ１０４のＹＥＳ）、前回エンジン始動スイッチ８０の操作がされてから所定時間Ｔ経過していない場合は（Ｓ１０６のＮＯ）、エンジン２０と第１モータＭ１と第２モータＭ２を共に駆動して、エンジン／モータ走行を行なう（Ｓ１１０）。この制御の詳細については後述する。

一方、Ｓ１００においてＥＶモードであると判定された場合には、アクセル開度ＡＣが閾値Ａ１以上であるか否かを判定し（Ｓ１１２）、続いてバッテリ３２の残容量ＳＯＣが閾値Ｓ１未満であるか否かを判定し（Ｓ１１４）、Ｓ１１２とＳ１１４のいずれかにおいて肯定的な判定を得た場合にはＥＶモードを解除して（Ｓ１１６）、Ｓ１０２以下の処理を実行する。Ｓ１１２とＳ１１４のいずれにも否定的な判定を得た場合は、Ｓ１０６の判定を実行する。

このように、ハイブリッド車１０では、基本的には、エンジン２０から出力すべき要求動力Ｐｅｔと閾値Ｐｓとの比較によりモータ走行とエンジン／モータ走行とを切替えている。また、ＥＶモードである場合には、所定の解除条件が成立するまでの間モータ走行を行なうことにより、静かな走行及びエネルギー効率の向上を図っている。ただし、これらによりモータ走行が選択されている場合であっても、エンジン始動スイッチ８０に入力操作がされてから所定時間Ｔは、エンジン２０を始動してエンジン／モータ走行を行なうよう制御している。これにより、モータ走行の最中に、アクセル操作等以外の操作によりエンジン２０を始動することを可能にしている。従って、例えば、モータ走行の最中に一時的にエンジン２０を始動して歩行者等に車両の存在を報知することが可能となる。

Ｂ．次に、エンジン／モータ走行の基本的な制御について説明する。まず、エンジン２０をエネルギー効率よく運転できる運転ライン（トルクと回転数からなる座標を連ねたもの）上で、このエンジン要求動力Ｐｅｔに相当する点の座標をエンジン２０の目標トルクＴｅｔ、目標回転数Ｎｅｔとして設定する。図４に、エンジン２０をエネルギー効率よく運転できる運転ラインの一例とこのライン上で目標トルクＴｅｔ、目標回転数Ｎｅｔを設定する様子を示す。

第１モータＭ１では、この目標回転数Ｎｅｔと現在のリングギヤ４４の回転数Ｎｒとから目標回転数ＮＭ１ｔを式（１）に基づいて計算し、この回転数で駆動されるように、次式（２）のフィードバック制御を行なう。式中、Ｋ１は比例項のゲインを、Ｋ２は積分項のゲインを表し、「前回」とは、前回このフローを実行したときの値を表す。なお、リングギヤ４４の回転数Ｎｒは、第２モータＭ２に取り付けられた回転センサ（レゾルバ）から計算される回転数に減速機６２の減速比を乗じること等により求めることができる。エンジンＥＣＵ２２において燃料噴射制御や点火時期制御を行なうことによっても、エンジン２０のトルクや回転数を調節することは可能であるが、エンジン２０よりもレスポンスが良好な第１モータＭ１を用いて、より迅速にエンジン２０の回転数を目標に近づけている。

ＴＭ１ｔ＝前回ＴＭ１ｔ＋Ｋ１・（ＮＭ１ｔ−ＮＭ１）＋Ｋ２・∫（ＮＭ１ｔ−ＮＭ１） ‥（２）
第１モータＭ１のトルクが決定されると、エンジン２０と第１モータＭ１との駆動に基づいて、リングギヤ４４に出力されるトルク（以下、直達トルクＴｅｒという）を次式（３）により計算し、駆動軸要求トルクＴｄｔと直達トルクＴｅｒとの差を減速機６２の減速比で除したものを第２モータＭ２の目標トルクとして設定する。

Ｔｅｒ＝−ＴＭ１ｔ／ρ ‥（３）
これらの演算により目標トルクＴｅｔや目標回転数Ｎｅｔ、目標トルクＴＭ１ｔ、ＴＭ２ｔが設定されると、ハイブリッドＥＣＵ５０からエンジンＥＣＵ２２やＰＣＵ３０に、エンジン２０や第１モータＭ１、第２モータＭ２の駆動に必要な情報を送信する。これにより、エンジン２０等が、目標とするトルクや回転数で駆動されるように制御が行なわれる。この状態における共線図を図５に示す。

次に、モータ走行からエンジン／モータ走行への過渡時の制御について説明する。ハイブリッド車１０では、第１モータＭ１がクランキングモータの役割を果たす。第１モータＭ１がクランキングを行なっている状態における共線図を図６に示す。実際には、第１モータＭ１の駆動とともに、エンジンＥＣＵ２２から燃料噴射制御等を行ない、エンジン２０の回転数Ｎｅが閾値Ｎ１以上となったときに第１モータＭ１によるクランキングを終了する。なお、このクランキングに伴って、リングギヤ４４に負のトルクが出力されるが、この分の不足トルクは、第２モータＭ２の目標トルクＴＭ２ｔを修正することにより補われる。

なお、以上の説明は、あくまで基本的な制御について説明したものであり、実際には、第１モータＭ１や第２モータＭ２の目標トルクＴＭ１ｔやＴＭ２ｔが、バッテリ３２の残容量ＳＯＣによって制限される等、種々の修正が行なわれる。

以上、本発明を実施するための最良の形態について一実施例を用いて説明したが、本発明はこうした一実施例に何等限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、上述した一実施例に種々の変形及び置換を加えることができる。

例えば、車両の形態は、エンジンとモータを備え、モータの動力による走行が可能な形態であれば、如何なるものでも構わない。例えば、図７に示すような、第１の駆動軸９１に駆動力を出力するエンジン２０と第１モータＭ１が接続されたＣＶＴ９０と、第２の駆動軸９２に駆動力を出力する第２モータＭ２とを備えるものが考えられる。また、ＥＶモードを選択する機能を備えない車両にも適用可能である。

また、モータ走行とエンジンを用いる走行の基本的な切替え制御は、車両の構成によって種々の方法で行ない得る。例えば、所定の車速に至るまではモータ走行を行ない、所定の車速に至るとエンジンを始動することを基本的な制御として、これにエンジン始動スイッチ８０によるエンジン始動を組み合わせるものとしてもよい。

また、エンジン始動スイッチ８０が入力操作されてから所定時間Ｔ経過するまではエンジン２０を運転するものとしたが、単にエンジン２０を始動して、その後モータ走行に移行する何らかの条件を満たすまで、継続的にエンジン２０を運転するものとしてもよい。

また、ＥＶモードであることによりモータ走行が選択された場合、及び要求動力Ｐｅが閾値Ｐｓ未満であることによりモータ走行が選択された場合の双方に、エンジン始動スイッチ８０によるエンジン始動を行なうための判定（駆動制御フローのＳ１０６）を行なうものとしたが、ＥＶモードであることによりモータ走行が選択された場合にのみこの判定を行なうものとしてもよい。すなわち、ＥＶモードで且つエンジン２０を停止して走行している場合にのみエンジン始動スイッチ８０によるエンジン始動を行なうものである。

また、所定時間Ｔは、例えばナビゲーションシステムの入力画面等を用いて、予め操作者により任意に設定可能なものとしてもよい。

また、駆動制御フローにおけるＳ１０６のエンジン始動スイッチ８０の入力操作が行なわれてから所定時間Ｔ以内であるか否かの判定を、Ｓ１０４の要求動力Ｐｅが閾値Ｐｓを超えたか否かの判定の前に行ない、エンジン始動スイッチ８０の入力操作が行なわれてから所定時間Ｔ以内である場合は閾値Ｐｓを例えば値０に下げることによりエンジン２０を始動かつ運転する制御を行なってもよい。

本発明は、エンジンとモータを含む複数の駆動手段を備え、エンジンを停止して走行可能な車両に利用できる。車両の外観、重量、サイズ、走行性能等は問わない。

本発明の一実施例に係るハイブリッド車１０の全体構成の概略を模式的に示す図である。 本発明の一実施例に係るハイブリッド車１０が行なう駆動制御フローの一例を示す図である。 本発明の一実施例に係るハイブリッド車１０のプラネタリギヤ４０の各回転要素の回転数とトルクの力学的な関係を示す共線図の一例である。 本発明の一実施例に係るハイブリッド車１０において、運転ライン上でエンジン２０のトルクと回転数を決定する様子を示す図である。 本発明の一実施例に係るハイブリッド車１０のプラネタリギヤ４０の各回転要素の回転数とトルクの力学的な関係を示す共線図の一例である。 本発明の一実施例に係るハイブリッド車１０のプラネタリギヤ４０の各回転要素の回転数とトルクの力学的な関係を示す共線図の一例である。 本発明の変形例に係る車両の構成の一例を示す図である。

符号の説明

１０ ハイブリッド車
２０ エンジン
２２ エンジンＥＣＵ
３０ ＰＣＵ
３２ バッテリ
３４ バッテリＥＣＵ
４０ プラネタリギヤ
４１ サンギヤ
４２ ピニオンギヤ
４３ キャリア
４４ リングギヤ
５０ ハイブリッドＥＣＵ
６０ ギヤ機構
６１ 駆動軸
６１Ａ、６１Ｂ 駆動輪
６２ 減速機
７０ ＥＶスイッチ
７１ アクセルペダルセンサ
７２ シフトポジションセンサ
７３ 車速センサ
８０ エンジン始動スイッチ
９０ ＣＶＴ
９１ 第１の駆動軸
９２ 第２の駆動軸
Ｍ１ 第１モータ
Ｍ２ 第２モータ

Claims (5)

1. 内燃機関と電動機を含む複数の駆動手段を備え、該内燃機関を停止して走行可能なハイブリッド車において、
   操作者の入力操作が可能な入力手段を備え、
   前記内燃機関を停止して走行中に前記入力手段に対して入力操作がなされた所定入力操作時には、前記内燃機関を始動することを特徴とする、
   ハイブリッド車。
2. 内燃機関と電動機を含む複数の駆動手段を備え、該内燃機関の運転を制限する内燃機関運転制限モードを含む複数の走行モードのうち一つを選択して走行するハイブリッド車であって、
   操作者の入力操作が可能な入力手段を備え、
   前記内燃機関運転制限モードが選択され、且つ前記内燃機関を停止して走行中に、前記入力手段に対して入力操作がなされた所定入力操作時には、前記内燃機関を始動することを特徴とする、
   ハイブリッド車。
3. 請求項１又は２に記載のハイブリッド車であって、
   前記所定入力操作時には、前記内燃機関を所定時間運転することを特徴とする、
   ハイブリッド車。
4. 請求項３に記載のハイブリッド車であって、
   前記所定時間は、操作者の入力操作により設定可能な時間である、
   ハイブリッド車。
5. 請求項１ないし４のいずれかに記載のハイブリッド車であって、
   前記入力手段は、前記内燃機関の始動にのみ用いられる手段である、
   ハイブリッド車。

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