JP2007216833A

JP2007216833A - ハイブリッド制御装置

Info

Publication number: JP2007216833A
Application number: JP2006039596A
Authority: JP
Inventors: Masaya Yamamoto; 雅哉山本
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2006-02-16
Filing date: 2006-02-16
Publication date: 2007-08-30

Abstract

【課題】ハイブリッド車両が高速走行中に、エンジン停止信号が制御装置に入力された場合であっても走行用二次電池の過放電を防止し、走行用二次電池の寿命の低下を低減する。
【解決手段】エンジンと２つのモータジェネレータとの間で動力を分配する動力分配機構と、２つのモータジェネレータに電力を供給する二次電池と、を備えるハイブリッド車両の走行を制御するハイブリッド制御装置であって、エンジンの間欠停止が禁止されているエンジン間欠停止禁止速度領域において、エンジン停止信号が入力された場合であっても、モータジェネレータによってエンジンの強制停止を行わないエンジン強制停止禁止処理手段を有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、高速走行時のハイブリッド車両を制御するハイブリッド制御装置に関する。

車両用ハイブリッドシステムは、エンジンと電気モータの２種類の動力源を組み合わせて走行するものをいう。この車両用ハイブリッドシステムには、エンジンで発電機を駆動し、発電した電力によってモータが車輪を駆動するシリーズハイブリッドシステムと、エンジンとモータが車輪を駆動する方式で、二つの駆動力を状況に応じて使うことができるパラレルハイブリッドとこの双方の特徴を組み合わせたシリーズ・パラレルハイブリッドがある。シリーズ・パラレルハイブリッドは、エンジン動力を動力分割機構により分割し、一方で直接車輪を駆動、他方は発電に使用し使用割合を走行状態に応じて制御し、その発電電力でモータを駆動させるため、モータの使用割合がパラレル方式に比べ多くなるものである。発電機、モータは両方の機能を併せ持つモータジェネレータが使用されているが、以下の説明では、主に発電機の機能を果たしているものを第１モータジェネレータ（発電機）、主にモータの機能を果たしているものを、第２モータジェネレータ（モータ）として表す。

図５に示すように、このようなシリーズ・パラレルハイブリッドシステムに用いられているハイブリッド駆動装置１は、動力分配機構２０、第１モータジェネレータ１６（発電機）、第２モータジェネレータ２２（モータ）および減速機３０、３２等で構成されている。エンジン１２からの動力は、動力分配機構２０により２分され、その出力軸の一方は第２モータジェネレータ２２（モータ）と車輪に、他方は第１モータジェネレータ１６（発電機）に接続され、エンジン１２の動力は機械的なものと電気的なものとの２つの経路によって車輪に伝達される。そして、エンジン１２の回転数と第１モータジェネレータ１６（発電機）および第２モータジェネレータ２２（モータ）の回転数（車速に比例）を無段階に変化させながら増速、減速できるので、従来のガソリンエンジン車のようなトランスミッションは備えていない（例えば、特許文献１参照）。

この、動力分配機構２０は、遊星歯車（プラネタリーギヤ）によって構成されており、各構成ギヤの比率でエンジン１２のトルクを出力軸１９と第１モータジェネレータ（発電機）に分割している。歯車機構内部のプラネタリーキャリア２０ｃの回転軸は、回転変動を吸収するダンパ装置１４を介してエンジン１２と連結され、ピニオンギヤを通じて外周のリングギヤ２０ｒおよび内側のサンギヤ２０ｓに動力を伝達する。サンギヤの回転軸２４は第１モータジェネレータ（発電機）に連結され、リングギヤ２０ｒの回転軸１８は第２モータジェネレータ２２（モータ）と出力軸１９に直結している。このように、第２モータジェネレータ２２（モータ）によるリングギヤ２２ｒの回転が直接車輪を駆動している構成となっている。

遊星歯車装置におけるエンジン１２の回転数（プラネタリーキャリア２０ｃの回転数）、第２モータジェネレータ２２（モータ）の回転数（リングギヤ２０ｒの回転数）、第１モータジェネレータ１６（発電機）の回転数（サンギヤ２０ｓの回転数）の関係は共線図によってあらわされる。共線図は第６図に示すように、縦軸に回転数をとり横軸は各歯車の歯数比率に従った距離をとっている。この共線図上では、各ギヤの回転数は必ず直線で結ばれる関係となる。このためキャリア２０ｃ（エンジン直結軸）の回転数とサンギヤ２０ｓ（第１モータジェネレータ（発電機）直結軸）の回転数は、リングギヤ２０ｒ（第２モータジェネレータ（モータ）直結軸）の回転数が一定に保たれている場合には、リングギヤ２０ｒ（第２モータジェネレータ（モータ）直結軸）の回転数を示す点を中心とした梃子の関係となり、キャリア２０ｃ（エンジン直結軸）の回転数を低下させるにはサンギヤ２０ｓ（第１モータジェネレータ（発電機）直結軸）の回転数を上記の梃子の関係が保たれるように下げることが必要となる。

一方、蓄電装置によって上記のモータジェネレータを駆動あるいはモータジェネレータによって蓄電装置への充電をするために、ハイブリッド車両には図７に示すような電源装置が設けられている。電源装置は、上記の第１モータジェネレータ１６（発電機）、第２モータジェネレータ２２（モータ）を駆動するためのインバータ３６，３７と蓄電装置４０とＤＣ／ＤＣコンバータ３９とコンデンサ３５，３８を有している。二つのインバータは互いに２本の接続線で接続され、この２本の接続線の間にコンデンサ３５が設けられている。そして、これら２本の接続線にはＤＣ／ＤＣコンバータ３９が接続され、ＤＣ／ＤＣコンバータ３９にはコンデンサ３８と蓄電装置４０が並列に接続されている（例えば、特許文献２参照）。

図６、図７を参照してこのようなハイブリッド車両が通常走行している時の動力と電力の流れについて説明する。図７の中で、動力の流れは黒矢印で示し、電力の流れはハッチングした矢印によって示す。通常走行の時には図７に示すように、エンジン１２の動力は動力分配機構２０によって第１モータジェネレータ１６(発電機)と出力軸１９への出力に分配される。出力軸１９へ分配された出力は駆動ギヤ装置２５を介して車軸３３、車輪５８を駆動し車両を走行させる。一方、動力分配機構２０によって第１モータジェネレータ１６(発電機)に分配された動力は、第１モータジェネレータ１６(発電機)によって電気エネルギに変換される。変換された電気エネルギは第１モータジェネレータ用のインバータ３６によって一度直流に変換された後、第２モータジェネレータ用のインバータ３７に入力される。第２モータジェネレータ用インバータ３７はこの直流電力を所定の回転数に必要な周波数に変換して第２モータジェネレータ２２に供給する。この時、第１モータジェネレータ１６からの電力が第２モータジェネレータ２２の必要電力に満たないときには不足分の電力は蓄電装置４０から供給され、逆に電力が過剰の時には過剰電力は蓄電装置４０に充電される。第２モータジェネレータ２２は図５に示すリングギヤ２２ｒに直結されており、リングギヤ２２ｒを介して出力軸１９に出力が伝達される。このように出力軸１９には、エンジン１２からの直接の駆動力と第１モータジェネレータ１６及びインバータ３６によって一端電気出力に変換された出力がインバータ３７、第２モータジェネレータ２２から入力され駆動ギヤ装置２５によって車両が駆動される。この時、エンジン１２、第１モータジェネレータ１６、第２モータジェネレータ２２の回転数の関係は図６（ａ）の共線図のようになり、第２モータジェネレータ２２は正方向の回転で回転数が高く、第１モータジェネレータ１６も回転数は低いが正方向の回転となっている。

ハイブリッド車両は上記のような通常走行時においては、走行状態に応じて、エンジンを間欠停止させてモータのみで走行する全電動走行が行われている。この場合は走行中にエンジンの起動、停止を行うことが必要になってくる。このときには多少のショックが発生することがあることから自動の定速走行モードで走行しいている時には、エンジンの間欠停止処理機能を停止させる提案がされている（例えば、特許文献３参照）。

一方、ハイブリッド車両が高速で走行している時はエネルギの流れと各モータジェネレータの回転方向が通常走行の時と異なってくる。図８（ａ）に示すように、高速走行の時には、エンジン１２の動力が動力分配機構２０に伝達されるのは通常走行と同一であるが、その出力は第１モータジェネレータ１６には分配されず、逆に第１モータジェネレータ１６からの動力が動力分配機構２０に入力され、エンジン１２の出力と共に出力軸１９へ出力される。出力軸１９へ分配された出力は駆動ギヤ装置２５を介して車軸３３、車輪５８を駆動し、車両を走行させ、余剰の動力は逆に第２モータジェネレータ２２によって電気エネルギに変換されてモータジェネレータ用のインバータ３７に入力される。第２モータジェネレータ用インバータ３７はこの電力を第１モータジェネレータ１６に供給する。このように、高速走行時は、通常走行時とは逆に第１モータジェネレータ１６がモータとして出力軸１９に動力を出力し、第２モータジェネレータ２２が発電機としてインバータを通して蓄電装置４０への充電を行っている。この時、エンジン１２、第１モータジェネレータ１６、第２モータジェネレータ２２の回転数の関係は図６（ｂ）の共線図の実線で示すような状態であり、エンジンは通常状態よりも高速で回転し、第２モータジェネレータ２２も正方向に高速で回転している。一方、第１モータジェネレータ１６は逆方向に低速で回転している。

このような高速走行状態では、通常走行とは異なり蓄電装置４０の保護のためにエンジンの間欠停止処理は行わないようにしている。以下、高速走行からのエンジン停止について図６、８を参照しながら説明する。図６（ｂ）の実線で示されるような高速走行状態からエンジン１２を停止させようとする場合、高速で回転しているエンジン１２の回転数を強制的に０回転まで減少させることが必要となる。図５のハイブリッド駆動装置１の説明で述べたように、第２モータジェネレータ２２は車輪５８に直結されているので、車両が高速で走行している時にはその速度に応じた略一定の回転数で回転を続けている。そこで、エンジン１２の回転を止めるには、共線図６（ｂ）の実線の状態から点線で示す状態に移行するように第１モータジェネレータ１６の回転数を逆回転方向に上げていくことが必要となる。この回転数の移行に際しては、第１モータジェネレータ１６に回転トルクを与えるために、蓄電装置４０から一時的に大量の電力を第１モータジェネレータ１６に送ることが必要となる。この時のエネルギの流れについて図８（ｂ）を参照しながら説明する。高速走行時はエンジン１２と第１モータジェネレータ１６から出力軸１９に動力が出力されたが、エンジン１２の強制停止過程においてはエンジン１２を止めるための必要動力が第１モータジェネレータ１６から動力分配機構２０を介してエンジン１２に伝達される。共線図６（ｂ）の様に、第１モータジェネレータ１６の逆回転数が大きくなるに従ってエンジン１２の回転数は低下してくる。この時、エンジン１２からの動力が動力分配機構２０に出力されないので、動力分配機構２０から出力軸１９に出力される動力は減少する。一方、第２モータジェネレータ２２は車両が高速で走行していることによって車輪の回転によって回転させられるような状態となり、正回転、負トルク状態となって発電機として機能して電力を発生する。この電力はインバータ３７，３６を介して第１モータジェネレータの駆動電力として供給される。しかし、この充電電力よりも第１モータジェネレータ１６の逆回転数を上昇させてエンジン１２を強制停止させることに必要な動力の方が大きいため、蓄電装置４０は放電状態となる。この時の蓄電装置４０の充放電の状態を図９の実線に示す。

高速になればなるほどエンジン１２を停止するための必要トルクが大きくなると共に、第１モータジェネレータ１６を逆方向により高速に回転させることが必要になることから、一時的に必要な電力が大きくなってくる。このため、ある速度以上となるとエンジンの強制停止は、蓄電装置４０の過放電を引き起こすことがあり、このような速度領域ではエンジン間欠停止は行われないようになっている。また、蓄電装置４０の過放電の防止については様々な方法が提案されているが（例えば、特許文献４参照）、エンジン間欠停止禁止となるような高速走行領域でのエンジン停止による過放電の防止についての問題は解決されていない。

特開平９−１７０５３３号公報特開２００４−１１２８８３号公報特開２００５−１３３６８２号公報特開２００５−２４０８８２号公報

以上に述べたように、高速走行中にエンジン１２を停止することは蓄電装置４０の過放電を招くおそれがあることから、一定以上の高速走行においては、燃費効率の向上などのために行われるエンジン間欠停止運転は行われず、エンジン１２は停止しないようになっている。ところが、乗員が高速運転中に手動にて車両起動停止スイッチをエンジン停止となる、ＯＦＦ位置やＲＥＡＤＹ−ＯＦＦ位置にした場合には、他の状況によらず強制的にエンジン１２が停止されてしまう。すると第１モータジェネレータ１６へ向かって大電流が流れ、図９の点線に示すように蓄電装置４０からの放電量が上限放電量を超えてしまい、蓄電装置４０の寿命低下が発生するという問題があった。また、ダイアグ等によって強制的にＲＥＡＤＹ−ＯＦＦとなった場合も同様の問題があった。

そこで、本発明は、ハイブリッド車両がエンジン間欠停止処理禁止速度領域において、走行中にエンジン停止信号が入力された場合であっても、走行用二次電池の過放電を防止し、走行用二次電池の寿命の低下を低減することを目的とする。

本発明の目的は、エンジンと２つのモータジェネレータとの間で動力を分配する動力分配機構と、２つのモータジェネレータに電力を供給する二次電池と、を備えるハイブリッド車両の走行を制御するハイブリッド制御装置であって、エンジンの間欠停止が禁止されているエンジン間欠停止禁止速度領域において、走行中にエンジン停止信号が入力された場合であっても、モータジェネレータによってエンジンの強制停止を行わないエンジン強制停止禁止処理手段、を有することを特徴とするハイブリッド制御装置によって達成することができる。また、車両走行状態取得手段と、車両走行状態取得手段によって取得された車両走行状態において、エンジンを間欠停止させるために必要なモータジェネレータへの供給電力が二次電池の許容放電容量を超えるか否かを判断するエンジン間欠停止禁止速度領域判定手段と、を有することとしても良い。

本発明は、ハイブリッド車両が高速走行中に、走行中にエンジン停止信号が入力された場合であっても走行用二次電池の過放電を防止し、走行用二次電池の寿命の低下を低減することができるという効果を奏する。

本発明の実施形態について図を参照しながら説明する。図１は本発明の構成図を示す。ハイブリッド車両には車輪５８の回転から車両速度を検出する車速検出器５４が設けられ、車速検出器５４からの信号はハイブリッド制御装置１０に入力される。ハイブリッド車両の運転席には車両起動停止スイッチ２が設けられている。車両起動停止スイッチ２にはエンジンキーを差し込むエンジンキー穴３と、差し込まれたエンジンキーと共に回転して車両起動停止スイッチ２内部の各種スイッチの接点を入り切りするエンジンキーロータリー４とが組み込まれている。また、車両起動停止スイッチ２はエンジンキー穴３の位置によって、エンジンを運転状態のＯＮ位置、エンジンは起動していないが起動可能状態となっているＲＥＡＤＹ−ＯＦＦ位置、エンジンが停止するＯＦＦ状態の少なくとも３つの接点位置が有り、車両起動停止スイッチ２の表面には各状態を示す表示がされている。そして、乗員がエンジンキーをエンジンキー穴３に差し込んでエンジンキーロータリー４を回転させてエンジンキー穴３又はエンジンキーの位置を車両起動停止スイッチ２の各表示位置にあわせることによってエンジンの運転、停止状態を切り替える操作をすることが出来る。この車両起動停止スイッチ２のエンジンキー穴３がどの位置にあるのかを示す信号がハイブリッド制御装置１０に入力される。

ハイブリッド制御装置１０は制限車速取得手段１０１、車両走行状態取得手段１０２、車両走行状態判定手段１０３、車両起動停止スイッチ位置状態取得手段１０４、車両起動停止スイッチ位置状態判定手段１０５、エンジン強制停止禁止処理手段１０６を備えている。また、記憶装置１１には、図４に示す制限車速カーブのデータが記憶されている。

図４に示す車速制限カーブは車速に対するエンジン強制停止時の蓄電装置４０の充放電量を示すカーブである。車速が遅い場合にはエンジン１２の回転数も遅いことから、エンジンの強制停止の時には蓄電装置４０は充電状態となる。しかし、車速が上がるにつれてエンジン強制停止に必要な電力が大きくなり、エンジン１２を強制停止するためには蓄電装置４０が放電状態となる。そしてある車速になると、エンジン停止時に蓄電装置４０から流れる電流が蓄電装置４０の放電制限値を超えるようになる。この放電制限値をこえるような高速走行においてはエンジン間欠停止処理が禁止されている。この車速を制限車速とし、制限車速を越える車速領域はエンジン間欠停止禁止速度領域となる。

以下、図１及び図２を参照して本発明の動作について説明する。ハイブリッド制御装置１０は車両が起動されると、制限車速取得手段１０１によって、記憶装置１１の中の制限車速カーブから制限車速を取得する（図２、ステップＳ１１）。車両が走行している状態では、車両走行状態取得手段１０２は車速検出器５４からの信号を取得し（図２、ステップＳ１２）、その結果を車両走行状態判定手段１０３によって車速が制限車速を越えているかどうかを判断する（図２、ステップＳ１３）。車両の速度が制限車速を超えていない場合にはハイブリッド制御装置１０は車速検出器５４から車両走行状態の取得を続ける（図２、ステップＳ２１）。車両走行状態判定手段１０３によって車速が制限車速を越えていると判断された場合には、ハイブリッド制御装置１０は車両起動停止スイッチ位置状態取得手段１０４によって車両起動停止スイッチ２の位置を取得する（図２、ステップＳ１４）。そして、車両起動停止スイッチ位置状態判定手段１０５によって、車両起動停止スイッチ２がＲＥＡＤＹＯＦＦ位置またはＯＦＦ位置にあるかどうかを判定する（図２、ステップＳ１５）。車両起動停止スイッチ２がＲＥＡＤＹＯＦＦ位置またはＯＦＦ位置でない場合はステップＳ１４に戻り、車両起動停止スイッチ位置状態取得手段１０４によって車両起動停止スイッチ２の取得を続ける（図２、ステップＳ２３）。そして、車両起動停止スイッチ２がＲＥＡＤＹＯＦＦ位置またはＯＦＦ位置になったと判定されたにはエンジン強制停止禁止処理手段１０６によって、エンジン１２を第１、第２モータジェネレータ１６，２２の動作によって強制的に停止するエンジン強制停止処理を禁止する。この状態となると、たとえ乗員がキーを操作して車両起動停止スイッチ２をＲＥＡＤＹＯＦＦ位置またはＯＦＦ位置にした場合であっても、エンジン１２の強制停止処理は行われない。このため、エンジン間欠停止禁止速度領域において乗員の操作によって車両起動停止スイッチ２がＲＥＡＤＹＯＦＦ位置またはＯＦＦ位置にされた場合でも、蓄電装置４０の放電量が放電上限値を超えてしまうことを防止することができ、走行用二次電池の寿命の低下を防止することができるという効果を奏する。

図３は本発明の他の実施形態を示す図である。この実施形態では、図１のハイブリッド制御装置１０の車両起動停止スイッチ位置状態取得手段１０４、車両起動停止スイッチ位置状態判定手段１０５に代わって、内部診断装置信号取得手段２０４、内部診断装置信号判定手段を有している。走行中にダイアグなどの内部診断装置５によって診断信号が発信された場合、その信号は内部診断装置信号取得手段２０４によってハイブリッド制御装置に入力され、その信号が内部診断装置信号判定手段２０５によってエンジン停止信号であると判断された時には、先の実施形態と同様にエンジン強制停止禁止処理手段１０６によって、エンジン１２を第１、第２モータジェネレータ１６，２２の動作によって強制的に停止するエンジン強制停止処理を禁止する。これによって、蓄電装置４０の放電量が放電上限値を超えてしまうことを防止することができ、走行用二次電池の寿命の低下を防止することができるという効果を奏する。

車速に対するエンジン強制停止の時の蓄電装置の充放電量は、加速度、走行時の出力トルクなどによって変化することがある。このような場合には図４の点線や、一点鎖線によって示されるように、各走行状態に応じて複数の車速制限カーブを記憶装置１１の中に記憶させておき、加速度や走行時の出力トルクなどによってこれらの曲線のうちどの曲線を使ってエンジン間欠停止禁止速度領域を算出するかを決定する、エンジン間欠停止禁止速度領域判定手段をハイブリッド制御装置の中に設けてもよい。この時、エンジン間欠停止禁止速度領域判定手段は、加速度や走行時の出力トルク等に基づいて複数の曲線から使用する曲線を選択し、その曲線と蓄電装置４０の放電制限値から各制限車速Ａ，Ｂを求め、エンジン間欠停止禁止速度領域の判定を行う。この場合には、より細かく蓄電装置４０の放電量が放電上限値を超えてしまうことを防止することができ、走行用二次電池の寿命の低下を防止することができるという効果を奏する。

本発明の実施形態の構成図である。本発明の実施形態のフローチャートである。本発明の他の実施形態の構成図である。本発明の実施形態の車速制限カーブである。ハイブリッド駆動機構装置の説明図である。ハイブリッド車両のエンジン、第１、第２モータジェネレータの回転数の関係を示す共線図である。通常走行時のハイブリッド車両の動力と電力の流れを示す図である。高速走行時のハイブリッド車両の動力と電力の流れを示す図である。エンジン強制停止時の蓄電装置の充放電量を示す図である。

符号の説明

１ハイブリッド駆動装置、２車両起動停止スイッチ、３エンジンキー穴、４エンジンキーロータリー、５内部診断装置、１０ハイブリッド制御装置、１１記憶装置、１２エンジン、１３記憶装置、１４ダンパ装置、１６第１モータジェネレータ、１８回転軸、１９出力軸、２０動力分配機構、２０ｃキャリア、２０ｓサンギヤ、２０ｃプラネタリーキャリア、２０ｒ，２２ｒリングギヤ、２２第２モータジェネレータ、２４回転軸、２５駆動ギヤ装置、２６減速ギヤ、３０，３２減速機、３３車軸、３４差動装置、３５コンデンサ、３６，３７インバータ、３８コンデンサ、３９ＤＣ／ＤＣコンバータ、４０蓄電装置、５４車速検出器、５８車輪、１０１制限車速取得手段、１０２車両走行状態取得手段、１０３車両走行状態判定手段、１０４車両起動停止スイッチ位置状態取得手段、１０５車両起動停止スイッチ位置状態判定手段、１０６エンジン強制停止禁止処理手段、２０４内部診断装置信号取得手段、２０５内部診断装置信号判定手段、Ｓ１０〜Ｓ２３ステップ。

Claims

エンジンと２つのモータジェネレータとの間で動力を分配する動力分配機構と、
２つのモータジェネレータに電力を供給する二次電池と、
を備えるハイブリッド車両の走行を制御するハイブリッド制御装置であって、
エンジンの間欠停止が禁止されているエンジン間欠停止禁止速度領域において、走行中にエンジン停止信号が入力された場合であっても、モータジェネレータによってエンジンの強制停止を行わないエンジン強制停止禁止処理手段、
を有することを特徴とするハイブリッド制御装置。
請求項１に記載のハイブリッド制御装置であって、更に
車両走行状態取得手段と、
車両走行状態取得手段によって取得された車両走行状態において、エンジンを間欠停止させるために必要なモータジェネレータへの供給電力が二次電池の許容放電容量を超えるか否かを判断するエンジン間欠停止禁止速度領域判定手段と、
を有することを特徴とするハイブリッド制御装置。