JP2010143417A - ハイブリッド車両の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 エンジン異常の判定精度を向上させたハイブリッド車両の制御装置を提供する。
【解決手段】 アクセル開度と車速に基づき、車両の目標駆動力を算出する目標駆動力算出手段と、エンジンおよび駆動モータのトルクを用いて走行するエンジン使用走行モード実行時に、エンジンに対する要求出力を算出するエンジン要求出力算出手段と、バッテリの蓄電量を検出する蓄電量検出手段と、エンジン使用走行モード中に、目標駆動力よりもエンジンに対する要求出力が大きい状態と、バッテリ蓄電量が低下し続ける状態がともに所定時間以上継続する場合、エンジンの異常と判定するエンジン異常判定手段を設けた。
【選択図】 図８

Description

本発明は、動力源にエンジンとモータを備えたハイブリッド車両の制御装置に関する。

ハイブリッド車両として特許文献１の技術が開示されている。この技術にあっては、バッテリ充電量（バッテリＳＯＣ）が所定値以下となった際にエンジンの異常検出を行っている。
特開２００１−３２０８０６号公報

しかしながら上記従来技術にあっては、エンジン異常をバッテリ蓄電量（バッテリＳＯＣ）の値に基づき判定していたため、エンジン異常以外の原因によってバッテリ蓄電量（バッテリＳＯＣ）が低下した場合、エンジンが正常であるにもかかわらず異常と誤判定を行うおそれがあった。

本発明は、上記問題に着目してなされたもので、その目的とするところは、エンジン異常の判定精度を向上させたハイブリッド車両の制御装置を提供することにある。

上記目的を達成するため、本発明では、アクセル開度と車速に基づき、車両の目標駆動力を算出する目標駆動力算出手段と、エンジンおよび駆動モータのトルクを用いて走行するエンジン使用走行モード実行時に、エンジンに対する要求出力を算出するエンジン要求出力算出手段と、バッテリの蓄電量を検出する蓄電量検出手段と、エンジン使用走行モード中に、目標駆動力よりもエンジンに対する要求出力が大きい状態と、バッテリ蓄電量が低下し続ける状態がともに所定時間以上継続する場合、エンジンの異常と判定するエンジン異常判定手段を設けた。

よって、エンジン異常によってバッテリ蓄電量が低下する状況に基づき異常判定を行うことで、エンジン異常の判定精度を向上させたハイブリッド車両の制御装置を提供できる。

以下、本発明のハイブリッド車両の制御装置を実現する最良の形態を、図面に示す実施例に基づいて説明する。

まず、ハイブリッド車両の駆動系構成を説明する。図１は実施例１のエンジン始動制御装置が適用された後輪駆動によるハイブリッド車両を示す全体システム図である。実施例１におけるハイブリッド車の駆動系は、図１に示すように、エンジンＥと、第１クラッチＣＬ１と、モータジェネレータＭＧ（駆動モータ）と、第２クラッチＣＬ２と、自動変速機ＡＴと、プロペラシャフトＰＳと、ディファレンシャルＤＦと、左ドライブシャフトＤＳＬと、右ドライブシャフトＤＳＲと、左後輪ＲＬ（駆動輪）と、右後輪ＲＲ（駆動輪）と、を有する。尚、ＦＬは左前輪、ＦＲは右前輪である。

エンジンＥは、例えばガソリンエンジンであり、後述するエンジンコントローラ１からの制御指令に基づいて、スロットルバルブのバルブ開度等が制御される。尚、エンジン出力軸にはフライホイールＦＷが設けられている。

第１クラッチＣＬ１は、エンジンＥとモータジェネレータＭＧとの間に介装されたクラッチであり、後述する第１クラッチコントローラ５からの制御指令に基づいて、第１クラッチ油圧ユニット６により作り出された制御油圧により作動し、スリップ締結を含み締結・開放が制御される。

モータジェネレータＭＧは、ロータに永久磁石を埋設しステータにステータコイルが巻き付けられた同期型モータジェネレータであり、後述するモータコントローラ２からの制御指令に基づいて、インバータ３により作り出された三相交流を印加することにより制御される。このモータジェネレータＭＧは、バッテリ４からの電力の供給を受けて回転駆動する電動機として動作することもできるし（以下、この状態を「力行」と呼ぶ）、ロータが外力により回転している場合には、ステータコイルの両端に起電力を生じさせる発電機として機能してバッテリ４を充電することもできる（以下、この動作状態を「回生」と呼ぶ）。尚、このモータジェネレータＭＧのロータは、図外のダンパーを介して自動変速機ＡＴの入力軸に連結されている。

第２クラッチＣＬ２は、モータジェネレータＭＧと左右後輪ＲＬ,ＲＲとの間に介装されたクラッチであり、後述するＡＴコントローラ７からの制御指令に基づいて、第２クラッチ油圧ユニット８により作り出された制御油圧により、スリップ締結を含み締結・開放が制御される。

自動変速機ＡＴは、前進５速後退１速等の有段階の変速比を車速やアクセル開度等に応じて自動的に切り換える変速機であり、第２クラッチＣＬ２は、専用クラッチとして新たに追加したものではなく、自動変速機ＡＴの各変速段にて締結される複数の摩擦締結要素のうち、いくつかの摩擦締結要素を流用している。

そして、自動変速機ＡＴの出力軸は、車両駆動軸としてのプロペラシャフトＰＳ、ディファレンシャルＤＦ、左ドライブシャフトＤＳＬ、右ドライブシャフトＤＳＲを介して左右後輪ＲＬ,ＲＲに連結されている。尚、前記第１クラッチＣＬ１と第２クラッチＣＬ２には、例えば、比例ソレノイドで油流量および油圧を連続的に制御できる湿式多板クラッチを用いている。

このハイブリッド駆動系には、第１クラッチＣＬ１の締結・開放状態に応じて３つの走行モードを有する。第１走行モードは、第１クラッチＣＬ１の開放状態で、モータジェネレータＭＧの動力のみを動力源として走行するモータ使用走行モードとしての電気自動車走行モード（以下、「ＥＶ走行モード」と略称する。）である。第２走行モードは、第１クラッチＣＬ１の締結状態で、エンジンＥを動力源に含みながら走行するエンジン使用走行モード（以下、「ＨＥＶ走行モード」と略称する。）である。第３走行モードは、第１クラッチＣＬ１の締結状態で第２クラッチＣＬ２をスリップ制御させ、エンジンＥを動力源に含みながら走行するエンジン使用スリップ走行モード（以下、「ＷＳＣ走行モード」と略称する。）である。このモードは、特にバッテリ蓄電量（バッテリＳＯＣ）が低いときやエンジン水温が低いときに、クリープ走行を達成可能なモードである。尚、ＥＶ走行モードからＨＥＶ走行モードに遷移するときは、第１クラッチＣＬ１を締結し、モータジェネレータＭＧのトルクを用いてエンジン始動を行う。

上記「ＨＥＶ走行モード」には、「エンジン走行モード」と「モータアシスト走行モード」と「走行発電モード」との３つの走行モードを有する。

「エンジン走行モード」は、エンジンＥのみを動力源として駆動輪を動かす。「モータアシスト走行モード」は、エンジンＥとモータジェネレータＭＧの２つを動力源として駆動輪を動かす。「走行発電モード」は、エンジンＥを動力源として駆動輪ＲＲ,ＲＬを動かすと同時に、モータジェネレータＭＧを発電機として機能させる。

定速運転時や加速運転時には、エンジンＥの動力を利用してモータジェネレータＭＧを発電機として動作させる。また、減速運転時は、制動エネルギを回生してモータジェネレータＭＧにより発電し、バッテリ４の充電のために使用する。

また、更なるモードとして、車両停止時には、エンジンＥの動力を利用してモータジェネレータＭＧを発電機として動作させる発電モードを有する。

次に、ハイブリッド車両の制御系を説明する。実施例１におけるハイブリッド車両の制御系は、図１に示すように、エンジンコントローラ１と、モータコントローラ２と、インバータ３と、バッテリ４と、第１クラッチコントローラ５と、第１クラッチ油圧ユニット６と、ＡＴコントローラ７と、第２クラッチ油圧ユニット８と、ブレーキコントローラ９と、統合コントローラ１０と、を有して構成されている。尚、エンジンコントローラ１と、モータコントローラ２と、第１クラッチコントローラ５と、ＡＴコントローラ７と、ブレーキコントローラ９と、統合コントローラ１０とは、互いの情報交換が可能なＣＡＮ通信線１１を介して接続されている。

エンジンコントローラ１は、エンジン回転数センサ１２からのエンジン回転数情報を入力し、統合コントローラ１０からの目標エンジントルク指令等に応じ、エンジン動作点（Ｎｅ：エンジン回転数,Ｔｅ：エンジントルク）を制御する指令を、例えば、図外のスロットルバルブアクチュエータへ出力する。尚、エンジン回転数Ｎｅ等の情報は、ＣＡＮ通信線１１を介して統合コントローラ１０へ供給される。

モータコントローラ２は、モータジェネレータＭＧのロータ回転位置を検出するレゾルバ１３からの情報を入力し、統合コントローラ１０からの目標モータジェネレータトルク指令等に応じ、モータジェネレータＭＧのモータ動作点（Ｎｍ：モータジェネレータ回転数,Ｔｍ：モータジェネレータトルク）を制御する指令をインバータ３へ出力する。

尚、このモータコントローラ２では、バッテリＳＯＣ検出手段２０１（蓄電量検出手段）においてバッテリ４の充電状態を表すバッテリＳＯＣを監視していて、バッテリＳＯＣ情報は、モータジェネレータＭＧの制御情報に用いると共に、ＣＡＮ通信線１１を介して統合コントローラ１０へ供給される。

第１クラッチコントローラ５は、第１クラッチ油圧センサ１４と第１クラッチストロークセンサ１５からのセンサ情報を入力し、統合コントローラ１０からの第１クラッチ制御指令に応じ、第１クラッチＣＬ１の締結・開放を制御する指令を第１クラッチ油圧ユニット６に出力する。尚、第１クラッチストロークＣ１Ｓの情報は、ＣＡＮ通信線１１を介して統合コントローラ１０へ供給する。

ＡＴコントローラ７は、アクセル開度センサ１６と車速センサ１７と第２クラッチ油圧センサ１８と運転者の操作するシフトレバーの位置に応じた信号を出力するインヒビタスイッチからのセンサ情報を入力し、統合コントローラ１０からの第２クラッチ制御指令に応じ、第２クラッチＣＬ２の締結・開放を制御する指令をＡＴ油圧コントロールバルブ内の第２クラッチ油圧ユニット８に出力する。尚、アクセルペダル開度ＡＰＯと車速ＶＳＰとインヒビタスイッチの情報は、ＣＡＮ通信線１１を介して統合コントローラ１０へ供給する。

ブレーキコントローラ９は、４輪の各車輪速を検出する車輪速センサ１９とブレーキストロークセンサ２０からのセンサ情報を入力し、例えば、ブレーキ踏み込み制動時、ブレーキストロークＢＳから求められる要求制動力に対し回生制動力だけでは不足する場合、その不足分を機械制動力（摩擦ブレーキによる制動力）で補うように、統合コントローラ１０からの回生協調制御指令に基づいて回生協調ブレーキ制御を行う。

統合コントローラ１０は、車両全体の消費エネルギを管理し、最高効率で車両を走らせるための機能を担うもので、モータ回転数Ｎｍを検出するモータ回転数センサ２１と、第２クラッチ出力回転数Ｎ２ｏｕｔを検出する第２クラッチ出力回転数センサ２２と、第２クラッチ伝達トルク容量ＴＣＬ２を検出する第２クラッチトルクセンサ２３と、ブレーキ油圧センサ２４と、第２クラッチＣＬ２の温度を検知する温度センサ１０ａと、前後加速度を検出するＧセンサ１０ｂからの情報およびＣＡＮ通信線１１を介して得られた情報を入力する。

また、統合コントローラ１０は、エンジンコントローラ１への制御指令によるエンジンＥの動作制御と、モータコントローラ２への制御指令によるモータジェネレータＭＧの動作制御と、第１クラッチコントローラ５への制御指令による第１クラッチＣＬ１の締結・開放制御と、ＡＴコントローラ７への制御指令による第２クラッチＣＬ２の締結・開放制御と、を行う。

以下に、図２に示すブロック図を用いて、実施例１の統合コントローラ１０にて演算される制御を説明する。例えば、この演算は、制御周期１０ｍｓｅｃ毎に統合コントローラ１０で演算される。統合コントローラ１０は、目標駆動力演算部１００と、モード選択部２００と、目標充放電演算部３００と、動作点指令部４００と、変速制御部５００と、を有する。

目標駆動力演算部１００では、図３に示す目標駆動力マップを用いて、アクセルペダル開度ＡＰＯと車速ＶＳＰとから、目標駆動力ｔＦｏ０を演算する。

モード選択部２００は、モードマップに基づいて目標モードを選択する。図５はモードマップを表す。モードマップ内には、ＥＶ走行モードと、ＷＳＣ走行モードと、ＨＥＶ走行モードとを有し、アクセルペダル開度ＡＰＯと車速ＶＳＰとから目標モードを演算する。但し、ＥＶ走行モードが選択されていたとしても、バッテリＳＯＣが所定値以下であれば、強制的に「ＨＥＶ走行モード」もしくは「ＷＳＣ走行モード」を目標モードとする。

目標充放電演算部３００では、図４に示す目標充放電量マップを用いて、バッテリＳＯＣから目標充放電電力ｔＰを演算する。また、目標充放電量マップには、ＥＶ走行モードを許可もしくは禁止するためのＥＶＯＮ線がＳＯＣ＝５０％に設定され、ＥＶＯＦＦ線がＳＯＣ＝３５％に設定されている。

ＳＯＣ≧５０％のときは、図５のモードマップにおいてＥＶ走行モード領域が出現する。モードマップ内に一度ＥＶ走行モード領域が出現すると、ＳＯＣが３５％を下回るまでは、この領域は出現し続ける。

ＳＯＣ＜３５％のときは、図５のモードマップにおいてＥＶ走行モード領域が消滅する。モードマップ内からＥＶ走行モード領域が消滅すると、ＳＯＣが５０％に到達するまでは、この領域は消滅し続ける。

また目標充放電演算部３００は、現在のエンジン動作点から図６の最良燃費線までエンジンＥのトルクを上げるために必要なエンジン出力Ｐｅを演算し、目標充放電電力ｔＰと比較し、差分をとる。この差分をエンジン出力Ｐｅに加算し、エンジン要求出力ｔＰｅとする。なお、図６はエンジンＥの回転数−トルクマップであり、ある回転数に対して最良燃費を達成するトルク、およびある回転数に対し出力可能な最大トルクを示す。

さらに、目標充放電演算部３００はバッテリＳＯＣの時間変化率ΔＳＯＣを演算する。このΔＳＯＣ、エンジン要求出力ｔＰｅ、および目標駆動力ｔＦｏ０に基づき、動作点指令部４００内のエンジン異常判定部４０１においてエンジンＥの異常が判定される（詳細は後述）。

動作点指令部４００では、アクセルペダル開度ＡＰＯと、目標駆動力ｔＦｏ０と、目標モードと、車速ＶＳＰと、目標充放電電力ｔＰとから、これらの動作点到達目標として、過渡的な目標エンジントルクと目標モータジェネレータトルクと目標第２クラッチ締結容量と自動変速機ＡＴの目標変速段と第１クラッチＣＬ１の伝達トルク容量指令である第１クラッチソレノイド電流指令を演算する。

また、動作点指令部４００は、ＥＶ走行モードからＨＥＶ走行モードに遷移するときにエンジンＥを始動するとともに、エンジン異常判定部４０１においてエンジン異常を判定する。

［エンジン異常判定］
バッテリＳＯＣが所定値以下となった際にエンジンＥの異常を判定する場合、エンジンＥ以外の原因によってバッテリＳＯＣが低下した際にもエンジンＥの異常と誤判定するおそれがある。

ここで、ＨＥＶモード中にエンジン要求出力ｔＰｅ＞目標駆動力ｔＦｏ０となる状態では、エンジン出力が車両駆動に必要な出力を上回った状態であるため、エンジン出力Ｐｅの余剰分によってモータジェネレータＭＧが駆動される走行発電モードとなる。この走行発電モードは本来バッテリＳＯＣが増加する状態であるが、この走行発電モード中にバッテリＳＯＣが低下していれば、エンジンＥに異常があると判定することが可能である。

したがって、ＨＥＶモード中にエンジン要求出力ｔＰｅ＞目標駆動力ｔＦｏ０の状態（走行発電モード）が所定時間継続し、かつバッテリＳＯＣの低下が継続するという条件を満たせば、エンジン異常によってバッテリＳＯＣが低下する状況と判断することが可能である。そのため、上記条件が満たされた場合はエンジン異常判定部４０１においてエンジンＥの異常と判定する。

なお、バッテリＳＯＣの低下継続という条件に代えてバッテリ４へ入力される電流の積算値を算出し、この積算値の低下の継続という条件を用いてもよい。入力される電流の積算値を用いる場合、バッテリＳＯＣの誤差によって異常判定に影響を及ぼすことがない、というメリットがある。

［エンジン異常判定フロー］
図７はエンジン異常判定フローである。
ステップＳ１０１ではＨＥＶモードかどうかが判断され、ＹＥＳであればステップＳ１０２へ移行し、ＮＯであれば制御を終了する。

ステップＳ１０２ではバッテリＳＯＣから要求充放電電力ｔＰとΔＳＯＣを算出し、ステップＳ１０３へ移行する。

ステップＳ１０３では、アクセル開度ＡＰＯと車速ＶＳＰから目標駆動力ｔＦｏ０を演算し、ステップＳ１０４へ移行する。

ステップＳ１０４では、現在のエンジン動作点から図６の最良燃費線までエンジンＥのトルクを上げるために必要なエンジン出力Ｐｅと目標充放電電力ｔＰとに基づいてエンジン要求出力ｔＰｅを算出し、ステップＳ１０５へ移行する。

ステップＳ１０５では、エンジン要求出力ｔＰｅ＞目標駆動力ｔＦｏ０であるかどうかが判断され、ＹＥＳであればステップＳ１０６へ移行し、ＮＯであれば制御を終了する。

ステップＳ１０６ではタイマカウントを開始し、ステップＳ１０７へ移行する。

ステップＳ１０７ではΔＳＯＣの低下（ΔＳＯＣ＜０）の状態が所定時間継続したかどうかが判断され、ＹＥＳであればステップＳ１０８へ移行し、ＮＯであれば制御を終了する。

ステップＳ１０８ではエンジンＥの再始動要求を出力し、ステップＳ１０９へ移行する。

ステップＳ１０９ではタイマカウントを終了し、制御を終了する。

［エンジン異常判定の経時変化］
図８はエンジン異常判定のタイムチャートである。
（時刻ｔ１）
時刻ｔ１においてエンジン始動要求が出力（＝１）され、モータジェネレータＭＧのトルクによってエンジンＥを回転させる。これによりバッテリＳＯＣが低下する。

（時刻ｔ２）
時刻ｔ２においてエンジン始動要求が取り下げられ（＝０）、モータジェネレータＭＧのトルクが低下する。また、この時点でエンジン要求出力ｔＰｅ＞目標駆動力ｔＦｏ０となり、タイマのカウントが開始される。

（時刻ｔ２〜ｔ３）
時刻ｔ２〜ｔ３の間にエンジンＥの異常が発生し、エンジントルクが低下する。この時点ではエンジンＥの異常はまだ検出されない。したがってエンジンＥの回転数を目標回転数に維持するため、モータジェネレータＭＧを一定の正トルクで駆動してエンジンＥを目標回転数とする。このためモータジェネレータＭＧによって電力が消費され、バッテリＳＯＣは継続して低下する。

（時刻ｔ３）
時刻ｔ３において時刻ｔ２において計測を開始したタイマのカウント値が所定時間を経過する。時刻ｔ３においてもバッテリＳＯＣは低下を継続しており、エンジンＥに再度始動要求が出力される。
これによりモータジェネレータＭＧのトルクは低下する。また、エンジンＥが正常に始動してエンジントルクが上昇し、モータジェネレータＭＧはエンジンＥのトルクにより回されて発電機として機能する。したがってモータジェネレータＭＧのトルクは負となり、発電によってバッテリＳＯＣは増加に転ずる。

（時刻ｔ４）
時刻ｔ４において、時刻ｔ３（モータジェネレータＭＧが負トルクの出力を開始した時点）から所定時間が経過し、エンジンＥが正常に始動したと判断されてエンジン始動要求が取り下げられる。以後、エンジンＥのトルクを用いてモータジェネレータＭＧに発電させ、バッテリＳＯＣを上昇させる。

［実施例１の効果］
（１）アクセル開度と車速に基づき、車両の目標駆動力ｔＦｏＯを算出する目標駆動力算出手段（目標駆動力算出部１００）と、
エンジンＥおよびモータジェネレータＭＧのトルクを用いて走行するエンジン使用走行モード実行時に、エンジンＥに対する要求出力ｔＰｅを算出するエンジン要求出力算出手段（目標充放電演算部３００）と、
バッテリ４の蓄電量（ＳＯＣ）を検出するバッテリＳＯＣ検出手段２０１（蓄電量検出手段）と、
エンジン使用走行モード中に、目標駆動力ｔＦｏＯよりもエンジンＥに対する要求出力ｔＰｅが大きい状態と、バッテリ蓄電量が低下し続ける状態がともに所定時間以上継続する場合、エンジンＥの異常と判定するエンジン異常判定手段（エンジン異常判定部４０１）とを設けた。

これにより、エンジン異常によってバッテリ蓄電量（ＳＯＣ）が低下する状況に基づき異常判定を行うことが可能となり、エンジン異常の判定精度を向上させることができる。

以上、実施例に基づいて説明したが、上記構成に限られず本発明の範囲を逸脱しない範囲で他の構成を取り得る。

実施例１の後輪駆動のハイブリッド車両を示す全体システム図である。 実施例１の統合コントローラにおける演算処理プログラムを示す制御ブロック図である。 図２の目標駆動力演算部にて目標駆動力演算に用いられる目標駆動力マップの一例を示す図である。 図２の目標充放電演算部にて目標充放電電力の演算に用いられる目標充放電量マップの一例を示す図である。 図２のモード選択部にて目標モードの選択に用いられるモードマップを示す図である。 エンジンの回転数−トルクマップである。 エンジン異常判定フローである。 エンジン異常判定のタイムチャートである。

符号の説明

Ｅ エンジン
ＭＧ モータジェネレータ（駆動モータ）
４ バッテリ
１００ 目標駆動力算出手段（目標駆動力算出部）
２０１ バッテリＳＯＣ検出手段（蓄電量検出手段）
３００ エンジン要求出力算出手段（目標充放電演算部）
４０１ エンジン異常判定手段（エンジン異常判定部）

Claims (1)

1. エンジンと、
   駆動モータと、
   前記駆動モータに電力を供給するバッテリと
   を有するハイブリッド車両の制御装置において、
   アクセル開度と車速に基づき、車両の目標駆動力を算出する目標駆動力算出手段と、
   前記エンジンおよび前記駆動モータのトルクを用いて走行するエンジン使用走行モード実行時に、前記エンジンに対する要求出力を算出するエンジン要求出力算出手段と、
   前記バッテリの蓄電量を検出する蓄電量検出手段と、
   前記エンジン使用走行モード中に、前記目標駆動力よりも前記エンジンに対する要求出力が大きい状態と、前記バッテリ蓄電量が低下し続ける状態がともに所定時間以上継続する場合、前記エンジンの異常と判定するエンジン異常判定手段と
   を設けたことを特徴とするハイブリッド車両の制御装置。

Images