JP2010264817A

JP2010264817A - ハイブリッド車両の制御装置

Info

Publication number: JP2010264817A
Application number: JP2009116358A
Authority: JP
Inventors: Toshio Honda; 寿雄本多
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 2009-05-13
Filing date: 2009-05-13
Publication date: 2010-11-25

Abstract

【課題】ハイブリッド車両の内燃機関における、吸入空気量学習を行う機会を拡大する。
【解決手段】本発明は、車両の動力を発生する内燃機関と、電力を蓄える蓄電装置と、クラッチを介して上記内燃機関の出力軸に連結し、上記蓄電装置の電力によって車両の動力を発生するモータとを備えたハイブリッド車両の制御装置において、上記内燃機関の吸気通路に設けられた電動アクチュエータにより駆動され、吸入空気量を制御するスロットルバルブとを有している。また、無負荷アイドリング時に、機関回転速度を目標アイドル回転速度に近づけるようにスロットルバルブ開度をフィードバック制御しつつ、目標機関回転速度が得られるようにスロットルバルブの目標開度を学習補正する吸入空気量学習を、モータによる車両走行中に上記クラッチが開放状態かつ上記内燃機関がかかっている状態で行うことを特徴とする。
【選択図】図４

Description

本発明は、ハイブリッド車両の吸入空気量学習制御に関する。

従来より、内燃機関は、良好な運転状態を維持するために各種の運転制御が行われている。とりわけ、良好なアイドリング回転速度を得られるようにするために行われる、吸入空気量に関する学習制御についても、内燃機関の運転状態を次回の運転制御開始時にも維持するために、その運転制御のための補正値を学習値として記憶することが行われている。ハイブリッド車両に搭載された内燃機関においても同様であり、特に、ハイブリッド車両の特徴として、内燃機関のみならずモータによっても駆動力が得られるため、内燃機関の運転を必要としない運転条件においては、内燃機関の運転を停止することがある。よって、車両走行中及び停車アイドリング中に内燃機関が常に運転されているわけではないため、学習に際して無負荷アイドリング状態が必要な吸入空気量学習について、補正値を学習する機会が少なくなるといった課題がある。

そこで、下記特許文献１に記載する発明においては、上記課題を解決するために、上記吸入空気量の学習を完了するまでは、車両停車中のアイドリングストップを禁止することとしている。

特開平１１−１０７８３４

しかしながら、特許文献１に示された発明では、吸入空気量学習は、車両が停車時の無負荷アイドリング状態でなくてはならず、依然として学習機会が少ないといった問題点がある。

そこで本発明は、上記の問題に着目してなされたものであり、ハイブリッド車両に搭載された内燃機関の補正値の学習、とりわけ好適なアイドリング回転速度を得られるように行われる吸入空気量に関する学習制御について、モータによる車両が走行中に上記学習を行うことにより、内燃機関の学習機会を広げることを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明におけるハイブリッド車両の制御装置においては、車両の動力を発生する内燃機関と、電力を蓄える蓄電装置と、クラッチを介して上記内燃機関の出力軸に連結し、上記蓄電装置の電力によって車両の動力を発生するモータと、上記内燃機関の吸気通路に設けられた電動アクチュエータにより駆動され、吸入空気量を制御するスロットルバルブとを備えている。また、無負荷アイドリング時に、機関回転速度を目標アイドル回転速度に近づけるようにスロットルバルブ開度をフィードバック制御しつつ、目標機関回転速度が得られるようにスロットルバルブの目標開度を学習補正する吸入空気量学習であって、モータによる車両走行中に上記クラッチが開放状態かつ上記内燃機関がかかっている状態で上記学習が実行されることを特徴とする。

この発明によれば、車両の走行中にも吸入空気量学習を行うことが可能となるため、学習可能領域の拡大が図れるようになる。

実施例１におけるハイブリッド車両の装置概略図である。内燃機関１の概略図である。動力源切替マップの概略図を示す。本実施例に係る制御フローチャートである。

以下、本発明のハイブリッド車両の制御装置を実現するための好ましい形態について、実施例に基づいて説明する。

図１は、実施例１におけるハイブリッド車両の装置概略図である。ハリブリッド車両の制御装置は、以下に示す機能を有する、内燃機関１と、第１クラッチ２と、第２クラッチ３と、モータジェネレータ４と、バッテリ５と、変速機６と、を備える。

内燃機関１は、ガソリン等の燃料を基にハイブリッド車両の駆動力を発生する。内燃機関１の詳細については図２を参照して後述する。

第１クラッチ２は、内燃機関１のクランクシャフト１１と、モータジェネレータ４の入力回転軸４１とを断接する。第１クラッチ２を接続することで、内燃機関１の駆動力をモータジェネレータ４の入力回転軸４１に伝達することができる。

モータジェネレータ４は、内燃機関１によって駆動されて発電する発電機としての機能と、バッテリ５の電力を基にハイブリッド車両の駆動力を発生するモータとしての機能と、を有する。

バッテリ５は、モータジェネレータ４によって発電された電力を蓄電する一方で、モータジェネレータ４に電力を供給する。

第２クラッチ３は、モータジェネレータ４の出力回転軸４２と、変速機６の入力軸６１と、を断接する。第２クラッチ３を接続することで、内燃機関１及びモータジェネレータ４の駆動力を変速機６の入力軸６１に伝達することができる。

変速機６は、内燃機関１及びモータジェネレータ４の駆動力を走行状態に応じた駆動力に減速して、プロペラシャフト６２に出力する。プロペラシャフト６２に出力された駆動力が、デファレンシャルギア６３及びドライブシャフト６４を介して左右の駆動輪６５に伝達され、車両を駆動する。

コントローラ３５は、中央演算装置（ＣＰＵ）、読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、不揮発性メモリ、及び入出力インターフェイス（Ｉ／Ｏインターフェイス）を備えた、マイクロコンピュータで構成される。コントローラ３５は、内燃機関１の始動、停止、第１クラッチ２及び第２クラッチ６を断接、モータジェネレータ４のトルク、そしてバッテリ５の残量等を制御している。該コントローラによる内燃機関１の制御概説については、図２を参照しながら後述する。

ハイブリッド車両は上記のように構成されていて、内燃機関１又はモータジェネレータ４のいずれか一方又は双方の動力を用いて走行することができる。すなわち、内燃機関のみによる走行、モータのみによる走行、ハイブリッド（内燃機関及びモータ）走行の３つの走行モードから最適な走行モードを運転状態に応じて選択し、走行することができる。そして、ハイブリッド車両は、バッテリ５の充電量が十分であるときなど、運転状態によっては内燃機関１を停止させることもできる。

図２は、内燃機関１の概略図である。内燃機関１は、内燃機関本体７と、吸気通路２２、及び排気通路２３とから構成される。

内燃機関本体７は、クランクケース１０と、クランクケース１０に連結されるシリンダブロック１２と、シリンダブロック１２の頂部を覆うシリンダヘッド２０とを備える。

クランクケース１０の内部には、クランクシャフト１１が回転可能に支持される。

シリンダブロック１２には、複数のシリンダ１３が形成される。シリンダ１３には、ピストン１４が摺動自在に嵌合する。ピストン１４は、コンロッド１５によってクランクシャフト１１に連結される。

シリンダヘッド２０には、燃焼室２１の頂壁に開口する吸気通路２２と排気通路２３とが形成され、燃料室２１の頂壁中心に点火プラグ２４が設けられ、吸気通路の２２の下に燃料噴射弁２９が設けられている。また、シリンダヘッド２０には、吸気通路２２の開口を開閉する一対の吸気弁２５と、排気通路２３の開口を開閉する一対の排気弁２６とが設けられる。さらに、シリンダヘッド２０には、吸気弁２５を開閉駆動する吸気カムシャフト２７と、排気弁２６を開閉駆動する排気カムシャフト２８とが設けられている。

吸気通路２２には、上流から順にエアクリーナー３０と、エアーフローセンサ３１と、スロットルバルブ３２とが設けられている。また、スロットルバルブ３２には開度を判断するスロットルバルブセンサ３３が設けられている。

エアクリーナ３０は、空気中に含まれる異物を除去する。

エアフローセンサ３１は、内燃機関１に吸入される空気の流量（吸入空気量）を検出する。

スロットルバルブ３２は、電動アクチュエータ３６によって駆動され、アクセル操作に対して独立にその開度を変更することができる。また、電動アクチュエータ３６は、コントローラ３５からの信号により制御され、上記スロットルバルブ３２を制御することにより内燃機関の吸入空気量を調整するものである。

スロットルバルブセンサ３３は、スロットルバルブの開き具合である開度を検出する。

排気通路２３には、図示せぬ３元触媒が接続され、排気ガスを浄化した上で、大気中に放出する。また、排気通路２３には、空燃比センサ３４が設けられ、排気中の酸素濃度を検出する。

一方、図２におけるコントローラ３５は、上述したセンサ信号のほかにも、クランク角に基づいて内燃機関の回転速度を検出する内燃機関回転速度センサ７１、アクセルペダルの操作量を検出するアクセルストロークセンサ７２、車速を検出する車速センサ７３、そしてイグニッション７４の断接信号などの各種センサからの信号が入力される。

また、メータ７５からは、コントローラ３５から送られた車速の信号に基づき、内部のクロックとから、車両の走行距離計算結果が入力される。

コントローラ３５は、検出されたアクセル操作量及び車速に基づいて要求駆動力を算出し、要求駆動力が実現されるように内燃機関１及びモータジェネレータ４のトルクを制御する。

コントローラ３５は、検出された内燃機関回転速度及び吸入空気量に基づいて内燃機関１の基本燃料噴射量を算出する。そして、空燃比センサ３４の検出値が交互にリッチ状態（理論空燃比より燃料が多い状態）とリーン状態（理論空燃比より燃料が少ない状態）とに切り替わるように、基本燃料噴射量に対して補正を実施する。

コントローラ３５は、例えば信号待ちによって車両が停止したときなどに、所定の内燃機関停止条件が成立していれば内燃機関１を自動停止させ、その後、所定の内燃機関再始動条件が成立すれば内燃機関１を再始動させる、アイドリングストップ制御を実施する。

アイドリングストップ、すなわち内燃機関１の停止条件としては、アクセル操作量が所定値より小さいこと、ブレーキペダルが踏み込まれていること、車速が所定値よりも小さいこと、さらには、アイドリングストップ許可水温より高いことなどである。冷機始動時においては、内燃機関を早期に暖機させるために、冷却水温が低い時にアイドリングストップを禁止する制御が行われる。この時の、アイドリングストップが禁止された状態から、アイドリングストップを許可する水温のことを、アイドリングストップ許可水温と呼び、例えば８０度である。内燃機関の再始動条件としては、アクセル操作量が所定値より大きいこと、ブレーキペダルが踏み込まれていないことなどがある。

ところで、一般に内燃機関１の吸入空気量学習は、内燃機関の停車アイドリング運転時に行われる。エアコンコンプレッサ等の補機負荷が要求されていない、いわゆる内燃機関の無負荷アイドリング状態において、内燃機関の回転速度を目標アイドル回転速度に近づけるようにスロットルバルブ開度をフィードバック制御しつつ、目標機関回転速度が得られるようにスロットルバルブの目標開度を学習補正するものである。ただし、無負荷アイドリング時であっても、冷却水温がある程度上昇した状況において行われる。冷却水温が低い時には、エンジン油温も低いため余分なフリクションがかかり、正確な学習ができないからである。この時の冷却水温を吸入空気量学習許可水温と呼び、例えば７０度である。

特許文献１においては、アイドリングストップを行う車両についても、吸入空気量学習が終了していない場合、無負荷アイドリングを実施するため、停車中のアイドリングストップの禁止を行っている。

それに対し、本実施例のような内燃機関１とモータジェネレータ４の間にクラッチを有するハイブリッド車両における無負荷アイドリングは、車両停車時のみならず、モータによる走行中においても実現が可能である。車両はモータにより駆動力を得つつ、第１クラッチ２を開放することで内燃機関１を独立して運転させることが可能になるからである。そこで、本実施形態では、以下に説明するハイブリッド車両の吸入空気量学習を実施する。

まず、コントローラー３５のメモリー内に、吸入空気量学習経験履歴が無い場合において、モータジェネレータ４の駆動力のみで走行しているとき、すなわち第１クラッチ２が開放している状態で、内燃機関１の吸入空気量学習を実施する。学習経験履歴が無い場合、イグニッションスイッチをＯＮの状態から内燃機関１を始動させ、学習を終了させるまで内燃機関を停止させない。また、モータによる走行時であっても吸入空気量学習をさせることが可能となるので、学習可能領域が拡大し、早期に、好適な内燃機関の運転状態を維持することが可能となる。

また、吸入空気量学習経験履歴がある場合であっても、所定のトリップ数、若しくは、所定の期間（所定の時間又は所定の走行距離）経過した場合には、上記と同様、走行中に吸入空気量学習を行うこととする。これにより、内燃機関の内部フリクションがトリップや期間の経過により変化した場合において、さらに好適な内燃機関の運転状態を維持することが可能となる。

図３に、本実施例の制御を行う際の、動力源切替マップの概略図を示す。図３の横軸は車速を、縦軸は車両負荷を表している。図３のＡ領域は、車両が高速若しくは高負荷の領域である。この領域においては、モータのみによる走行では動力が足りないので、内燃機関及びモータ双方を用いて運転（図中には、「ハイブリッド走行」と記載）を行う。一方、図３のＣ領域は、車両が低速かつ低負荷の領域である。この領域においては、通常、燃費を好適にするためにモータのみによる運転を行い、内燃機関はアイドリングストップさせる。そして、これらの領域に挟まれたＢ領域は、吸入空気量学習が終了している時には、第１クラッチ２を連結した上で内燃機関及びモータ双方を用いて運転を行い、吸入空気量学習が終了していない時には、第１クラッチ２を開放した上でモータによる走行を行う。車両の負荷からすれば、図Ｂの領域は、モータのみによる走行が可能な領域ではあるが、領域Ｃから領域Ａに加速するような運転状況において、モータはその途中で内燃機関をクランキングする必要がある。その際に必要となる、モータ出力がクランキングトルクに取られて運転者の要求する出力が得られなくなるのを防ぐために、モータが最大負荷に達する前に内燃機関をクランキングさせ、内燃機関及びモータ双方を用いた走行をさせることとしている。

上記のように、図３のＢ領域にて吸入空気量学習を行っていない場合にはモータによる走行を行う一方、内燃機関は稼動かつ学習のために無負荷アイドリング状態にする。それにより領域Ｂでも学習が可能となる。なお、領域Ｂにおいて内燃機関１は既に始動されており、クランキングトルク分のモータ動力を残す必要は無いため、モータによる走行領域を拡大させることができる。

図４は、本実施例に係る制御フローチャートである。コントローラ３５は、このルーチンを所定の演算周期（例えば１０ミリ秒）で繰り返し実行する。

ステップＳ１（図中においては、「Ｓ１」とする。以下同じ。）において、コントローラ３５は、過去に吸入空気量学習が行われているか否かを判定する。具体的には、コントローラ３５のメモリ内に、学習経験フラグが有るか否かを判定する。学習経験フラグがメモリ内に有ればステップＳ２に処理を移行し、なければステップＳ３に処理を移行する。

ステップＳ２において、コントローラ３５は、過去に行われた時から、あらかじめ決められた所定のトリップ数や所定の期間（時間又は走行距離）を経過したか否かを判定する。経過した場合には、ステップＳ３に処理を移行し、まだ経過していない場合には今回の処理を終了する。

ステップＳ３において、コントローラ３５は、バッテリ５の充電レベル（図中には「ＳＯＣ」と記載）が所定の充電レベルに達しているかどうか判定する。充電レベルが所定値を下回ると、そもそもモータ単独による走行ができないからである。所定値以上の場合にのみ、ステップＳ４に処理を移行させ、所定値より小さい場合には今回の処理を終了する。

ステップＳ４において、コントローラ３５は、内燃機関１の冷却水温が吸入空気量学習許可水温（図中には「学習許可水温」と記載）より高いか否かを判定する。水温が吸入空気量学習許可水温以上であればステップＳ５へ処理を移行し、水温が達していなければ今回の処理を終了する。

ステップＳ５において、コントローラ３５は、車両がハイブリッド（図中には「ＨＥＶ」と記載）走行、すなわち、内燃機関及びモータで走行しているか否かを判定する。ハイブリッド走行している場合には、今回の処理を終了し、ハイブリッド走行していない場合には、ステップＳ６へ処理を移行する。

ステップＳ６において、コントローラ３５は、車両がハイブリッド走行要求があるか否かを判定する。要求がある場合には、モータ走行ができないと判定し、今回の処理を終了し、要求が無い場合には、ステップＳ７へ処理を移行する。

ステップ７において、コントローラ３５は、アイドリングストップが可能な条件が全て成立していても、そもそもアイドリングストップ自体を行わないように処理する。又は、アイドリングストップ許可条件のうち、アイドリングストップ許可水温を所定値に変更することによりアイドリングストップが可能な条件を成立させないようにしてもよい。この場合の所定値には、吸入空気量学習許可水温より相対的に高い温度でも良いし、絶対的に高水温、例えば２００度のようにしても良い。

ステップＳ８において、コントローラ３５は、内燃機関１が停止しているか否かを判定する。停止していればステップＳ９へ処理を移行し、運転中であればステップＳ１０へ処理を移行する。

ステップＳ９及びステップＳ１０において、コントローラ３５は、第１クラッチ２を開放させる。

ステップＳ１１において、コントローラ３５は、内燃機関１を始動させる。

ステップＳ１２において、コントローラ３５は、モーターのみによる走行中か否かを判定する。モーターのみで走行している場合にはステップＳ１３へ処理を移行し、そうでない場合には、ステップＳ１６へ処理を移行する。

ステップＳ１３において、コントローラ３５は、吸入空気量学習（図中には「学習」と記載）を実行する。

ステップＳ１４において、コントローラ３５は、吸入空気量学習が終了したか否かを判定する。終了していなければステップＳ１２へ処理を移行し、終了していればステップＳ１５へ処理を移行する。

ステップＳ１５において、コントローラ３５は、コントローラ３５のメモリ内に吸入空気量学習の学習終了済みフラグを記憶させる。

ステップＳ１６において、コントローラ３５は、ステップＳ７で禁止したアイドリングストップを解除させる。また、アイドリングストップ許可水温を変更した場合には、元の値に戻す。

ステップＳ１７において、コントローラ３５は、ステップＳ１６で戻した以外のものについても通常制御に戻した上で、今回の処理を終了する。

以上説明した、本実施形態によれば、コントローラ３５のメモリ内に、吸入空気量学習経験履歴が無い場合において、モータジェネレータ４の駆動力のみで走行しているとき、すなわち第１クラッチ２が開放している状態で、内燃機関１の吸入空気量学習を実施する。また、学習経験履歴が無い場合、イグニッションスイッチをＯＦＦからＯＮの状態にした際に、直ちに内燃機関１を始動させ学習を終了させるまで内燃機関を停止させない。車両の停車時以外の、モータによる走行時であっても吸入空気量学習をさせることが可能となるので、学習可能領域が従来技術よりも拡大し、早期に、好適な内燃機関の運転状態を維持することが可能となる。

さらに、図３に、Ｂの領域においては、吸入空気量学習を行う場合に、モーターのみの走行が可能となる。なぜなら、すでに内燃機関１は始動されており、内燃機関１をクランキングするための、クランキングトルク発生分の余裕代を持つ必要は無いからである。よって、モータによる走行可能領域が増えるため、さらに学習可能領域拡大に繋がることとなる。

なお、アイドリングストップ許可水温を吸入空気量学習許可水温より高い値に変更することでアイドリングストップを制限し、吸入空気量学習を行うことは、ハイブリッド車両に限定されず、アイドリングストップを行う内燃機関へ適用が可能である。

さらに、本発明は上記の実施形態に限定させずに、その技術的思想の範囲内において、種々の変更がなしうることは明白である。

１内燃機関
２第１クラッチ
３第２クラッチ
４モータジェネレータ
５バッテリ
６変速機
７内燃機関本体
２２吸気通路
２３排気通路
３５コントローラ
４１入力回転軸
４２出力回転軸
６１入力軸
６２プロペラシャフト
６３デファレンシャルギア
６４ドライブシャフト
６５駆動輪

Claims

車両の動力を発生する内燃機関と、電力を蓄える蓄電装置と、クラッチを介して上記内燃機関の出力軸に連結し、上記蓄電装置の電力によって車両の動力を発生するモータと、上記内燃機関の吸気通路に設けられた電動アクチュエータにより駆動され、吸入空気量を制御するスロットルバルブとを備えたハイブリッド車両の制御装置において、無負荷アイドリング時に機関回転速度を目標アイドル回転速度に近づけるようにスロットルバルブ開度をフィードバック制御しつつ、目標機関回転速度が得られるようにスロットルバルブの目標開度を学習補正する吸入空気量学習であって、モータによる車両走行中に上記クラッチが開放状態かつ上記内燃機関がかかっている状態で上記学習が実行されることを特徴とするハイブリッド車両の制御装置。
上記学習は、上記内燃機関のアイドリングストップを禁止して実行されることを特徴とする請求項１に記載のハイブリッド車両の制御装置。
上記学習は、アイドリングストップ許可水温を高い値に変更してアイドリングストップを制限することにより実行されることを特徴とする請求項１に記載のハイブリッド車両の制御装置。
上記学習は、アイドリングストップ許可水温を吸入空気量学習許可水温より高い値に変更してアイドリングストップを制限することにより実行されることを特徴とする請求項３に記載のハイブリッド車両の制御装置。
上記学習は、前回の学習時から所定のトリップ又は期間毎に実行されることを特徴とする請求項１〜４に記載のハイブリッド車両の制御装置。
上記制御装置は、車両が高速の領域若しくは高負荷領域では上記内燃機関及びモータにより走行を行い、車両が低速かつ低負荷領域ではモータにより走行を行い、これらに挟まれた領域では、上記学習が終了している時には上記クラッチを連結させた上で内燃機関及びモータによる走行を行い、上記学習が終了していない時には上記クラッチを開放させた上でモーターによる走行を行って、上記学習を行うことを特徴とする請求項１〜５に記載のハイブリッド車両の制御装置。
アイドリングストップを行う内燃機関と、上記内燃機関の吸気通路に設けられ、吸入空気量を電動アクチュエータにより制御する電制スロットルシステムとを備えた内燃機関の制御装置において、無負荷アイドリング時に機関回転速度を目標アイドル回転速度に近づけるようにスロットルバルブ開度をフィードバック制御しつつ、目標機関回転速度が得られるようにスロットルバルブの目標開度を学習補正する吸入空気量学習であって、アイドリングストップ許可水温を吸入空気量学習許可水温より高い値に変更してアイドリングストップを制限することにより上記学習が実行されることを特徴とする内燃機関の制御装置。