JP2011007201A - 車両の始動方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】低温環境で車両を始動し、車両が動作中に共振周波数領域内で費やす時間を最小にすると共に、バッテリーを保護する。
【解決手段】実際のエンジン速度が第一目標エンジン速度に到達したと判断された場合、又は、第４ステップで時間ベースの所定閾値を経過したと判断された場合に、エンジンの目標エンジン速度をダンパの共振周波数速度よりも大きい第二目標エンジン速度に設定して、エンジン始動モードから通常作動モードへ移行する。
【選択図】図２Ｂ

Description

本発明は、低温環境の中で車両を始動する方法に関する。
ハイブリッド電気車両（hybrid electric vehicle: HEV）は、動力とトルクを生成するために、内燃機関および、1台以上の電気機械（例えばモーター/ジェネレーター）の、両方を利用する。HEV内の電気モーター/ジェネレーターは、ドライバーに要求されたトルクを伝える時に車両に付加的な自由度を提供し、そしてまた、車両のエンジンを始動するためにも使用されるのが一般的である。
従来、内燃機関はシャフトの使用を通じて1台以上の電気機械に接続される。そのシャフトは、それに連結されたダンパーを備えている。そのダンパーは、内燃機関のトルク出力の変動からトランスミッションを分離することを目的としている。しかしながら、そのダンパーは、シャフトが受けた振動と発振の増幅を引き起こす特有の共振周波数を持っている。これら振動と発振はドライバーに聞こえるようになり、好ましくない。
ところで、車両のエンジンを始動するために、スターター/ジェネレーターは、バッテリーのような、車載の電力供給部から動力を受け取る。低温の始動状態の間、このようなバッテリーが奏する性能は制限される。バッテリーの温度は、そのバッテリーの出力とエネルギー蓄積能力に大きく影響する。
従来のHEV始動システムに伴うこの低温始動の制約を克服する取組みがなされてきた。このような取組みには、様々なバッテリー技術を並列に利用すること、抵抗素子の使用によりバッテリーコアを自己加熱すること、そしてバッテリー用の補助空調制御システムを提供することが、含まれる。
しかしながら、これらのシステムは、さらなるハードウェア及びパッケージングを必要とするために、コストの上昇を招くと共にシステムの複雑さを増長させてしまう。
本発明は従来のシステムの、これらのそしてその他の不利な点を鑑みて、想到された。
本発明は、低温環境の中で、ハイブリッド電気車両（HEV）を始動するシステムおよび方法を提供する。本発明は、固定閾値に従い、エンジン始動モード中のエンジン速度を調整することを含む、車両エンジンの始動方法を有する。この方法はまた、エンジン速度が、固定値閾値に到達したか否か、又は、時間に基づく閾値に到達したか否か、を判定することを含む。この方法は、さらに、固定閾値又は、時間ベースの閾値が到達されたときに、エンジン始動モードから通常の制御モードに移行することを含む。この方法は、少なくとも固定閾値と同じである第一の目標エンジン速度を指示することを含む。
本発明は、さらに、エンジン、およびエンジンと通信し、少なくとも1つの制御器を備える制御システムを含む、車両用システムを提供する。また、この制御システムは、固定閾値に応じて、エンジンの速度を調節するための第一の信号を生成するように構成される。さらに、この制御システムは、エンジン速度が固定閾値に到達したか否か、または、エンジン速度が時間に基づいた閾値に到達したか否か、を判定するように構成される。また、この制御システムは、固定値閾値あるいは、時間に基づいた閾値のいずれかが到達されたときに、第二の制御モードに移行するように構成される。
本発明によれば、低温環境で車両を始動し、車両が動作中に共振周波数領域内で費やす時間を最小にすると共に、バッテリーを保護することができる。
本発明の実施形態による車両の一例の概略図である。 本発明の実施形態による車両を始動させる方法のフローチャートである。 本発明の実施形態による車両を始動させる方法のフローチャートである。
本発明を実施するのに好ましいシステムおよび方法論（methodology）を、例を通じて以下に記述する。提供されるシステムおよび方法論は、本発明の範囲から外れることなしに、特定の実施に最良に適合するよう、適応、修正、あるいは再構成することもできる。
図1は、本発明の一つの実施例による車両10の概略図を示す。車両10は、エンジン12と、電気機械若しくはジェネレーター14とを含んでいる。エンジン12とジェネレーター14とは、動力伝達ユニット（この実施例においては、遊星歯車機構16）を介して連結される。もちろん、他の歯車機構及び伝達部を含む他の形式の動力伝達ユニットを、ジェネレーター14とエンジン12とを接続するために、用いることもできる。遊星歯車機構はリングギア18、キャリア20、遊星歯車22およびサンギヤ24を含んでいる。
ジェネレーター14は、サンギヤ24に接続されたシャフト26にトルクを出力するモーターとして使用することもできる。同様に、エンジン12は、キャリア20に接続されたシャフト28にトルクを出力する。ダンパー29はシャフト28につながれ、エンジン12の出力トルクの変動から遊星歯車機構16を分離するように構成されている。一つの実施例において、シャフト28は、ダンパー29によって互いに連結される2つの別個のシャフトで構成される。
ブレーキ30は、シャフト26の回転を止めることによってサンギヤ24を所定の位置にロックするために、設けられている。この構成は、トルクがジェネレーター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で示されているように、エンジン12に接続されて動作可能なジェネレーター14を有することにより、エンジン12の速度がジェネレーター14によって制御されるのを可能としている。
リングギア18は、第2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に接続されている。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2電気機械若しくはモーター40を有している。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に示される実施例においては、モーター40およびジェネレーター14は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、各々が、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に供給するジェネレーター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およびジェネレーター14を作動するための電力を出力することができる、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、バッテリー及び/又はコンデンサーと接続して、燃料電池のような装置を使用することもできる。
図1において示されているように、モーター40、ジェネレーター14、遊星歯車機構16および第2歯車機構38の一部を、トランスアクスル48と呼ぶことができる。トランスアクスル48は通常の車両におけるトランスミッションと類似のものである。したがって、ドライバーが特定のギアを選択するとき、トランスアクスル48はそのギアを提供するように適切に制御される。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、ジェネレーター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ード（battery control mode: 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/PCM50によって制御される他の装置は、自身の制御器を持っていてもよい。例えば、エンジン制御ユニット（ECU）が、VSC/PCM50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）56のような、一つ又は複数の制御器を含み、ジェネレーター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。従って、図1の中で示されるように、TCM 56は、ジェネレーター・インバータ45およびモーター・インバータ41と通信する。この実施例においては、ジェネレーター・インバーター45およびモーター・インバーター41はそれぞれ、制御モジュール47及び制御モジュール43に接続されている。制御モジュール43および47は、車両センサーの生データ読取値を、TCM 56と互換性のあるフォーマットに変換し、そしてTCM 56にそれらの読取値を送ることができる。
図1において示される車両10はHEVであるが、本発明は他の形式の車両の使用を見据えていることが理解される。加えて、図1において示される車両10は、並直列（parallel-series）HEVであるものの、本発明は、そのような「動力分割（powersplit）」構成を持つHEVに限定されるものではない。図2Aおよび2Bを参照すると、フローチャートは、極端な低温においてエンジンを始動する方法と、共振周波数領域において車両10が費やす時間を最小化するやり方で、エンジン始動モードから通常運転モードに移行する方法とを示している。ステップ62はこの方法へのエントリーポイント（entry point）である。この方法はステップ64で車両イグニッションが所定位置にあるか否かを判断する。所定位置とは、「ON」、「アクセサリー」あるいは、「スタート」の位置とすることができる。車両イグニッションが所定位置にないならば、そこにおいて始動制御が終了されるステップ68を行う。
車両イグニッションが所定位置にあるとき、エンジン冷媒温度が冷媒温度閾値未満であるか否かを判断するステップ66を行う。ステップ66は（ステップ70と共に）、低温環境が存在するか否かをVSC/PCM50が判断することを可能にする。エンジン冷媒温度が冷媒温度閾値よりも高いときには、ステップ72を行う。ステップ72では、低温環境が存在しないことが判定されているので、通常のエンジン始動ロジックが開始される。エンジン冷媒温度が冷媒温度閾値未満であるとき、ステップ70を行う。ステップ70では、バッテリー温度がバッテリー温度閾値未満かどうか判断する。バッテリー温度がバッテリー温度閾値よりも高いときには、通常エンジン始動ロジックが開始されるステップ72を行う。バッテリー温度がバッテリー温度閾値未満であるときは、ステップ74を行う。本方法は、ステップ74で、エンジンが現在の車両イグニション・キー・サイクルの前に「走行中」だったかどうか判断する。本発明の観点の一つにおいて、「車両が走行していた」という判断は、たとえ周囲温度が「低」温とみなされる場合であっても、車両10が低温始動方法を使用する可能性を低減させる。
従って、車両が現在のイグニション・キー・サイクルの前に走行していたならば、ステップ72を行い、そこにおいて、通常のエンジン始動ロジックが行われる。エンジンが、現在の車両イグニッション・キー・サイクルの前に動作していなかったならば、ステップ76を行う（図2B）。エンジン始動モード中に起こるステップ76では、VSC/PCM50が第一固定閾値をセットし、ジェネレーター・モード・コマンドを生成する。実施例の一つにおいて、上記固定閾値は、特定のエンジン速度（つまり目標エンジン速度）に相当する。
ジェネレーター・モード・コマンドは、目標エンジン速度を達成するのに必要なトルクを付与するように、ジェネレーター14に指示する。実施例の一つにおいて、ジェネレーター・モード・コマンドは、ジェネレーター14が、エンジン12の速度を増加させるための正トルクだけをエンジン12へ付与することを許容するように構成される。そのような実施例では、ジェネレーター・モード・コマンドは一方的な速度制御（one-sided speed control）として機能する。一方的な速度制御は、ジェネレーター14がエンジン速度を増加させることは許可するが、エンジンがたまたま目標エンジン速度より速く回転しているときでさえも、ジェネレーターがエンジン速度を低減することを許可しないことになる。このようにして、ステップ78では、ジェネレーター14がエンジン12にトルクを付与する。加えて、本発明の観点の一つにおいて、エンジン始動モードは、燃焼がエンジン速度を増加するのに充分に強いときだけ、エンジン速度の増加を可能にする。このようにして、過剰な高電圧バッテリー動力が高速までエンジンを回転させるのが回避され、そして、エンジンの燃焼は、目標クランキング速度よりも大きくエンジン速度を増加させる動力を提供する。
ステップ80では、VSC/PCM50の使用を通じて、エンジン速度が上記固定閾値に達したかどうかを判定する。ステップ80は、エンジン12がエンジン始動モードに続く走行状態に入ったか否かの判定を可能にする。そのような判定はさらに、車両10が共振周波数速度への接近を予想することを可能にする。そのため、固定閾値目標エンジン速度は、クランキングに必要な速度（つまり、クランク速度）より大きいが、共振周波数速度より小さい値に設定される。エンジン速度が固定閾値に到達したならば、この方法は通常運転モード84に入り、そこにおいて、ステップ86およびステップ88を行う。ステップ86では、VSC/PCM50がジェネレーター・モード・コマンドを調節し、共振周波数領域を見越した第二目標エンジン速度を設定する。
当業者により認識されるように、シャフト28とダンパー29（図1）は、動作中に、共振周波数領域を通過する。共振周波数領域は、騒音、振動およびハーシュネス（noise, vibration and harshness: NVH）の問題の影響を最小限にするよう、車両設計者によって設定されるのが一般的である。そのようであるので、ステップ86は、車両が共振周波数領域内で作動するのに費やす時間の大きさを最小化するために、設けられている。従って、調整されたジェネレーター・モード・コマンド及び第2目標エンジン速度は、エンジン速度の即座の増加を引き起こし、それにより、シャフト28およびダンパー29に共振周波数領域をできるだけ迅速に通過させように設定される。それで、第2の目標エンジン速度は、共振周波数領域の上側共振周波数速度より大きな速度に設定される。ステップ86に続いて、ステップ88が起こり、そこにおいて、エンジン12、シャフト28及びダンパー29が、ジェネレーター14からのトルクの付与によって、所定時間内に共振周波数領域を通過して急加速される。実施例の一つにおいて、共振周波数領域内で動作している時間を最小化するため、その所定時間が1.0秒を越えることはない。また別の実施例においては、所定時間は約0.3秒とすることができる。しかしながら、その所定時間は、本発明の範囲から逸脱することなしに、設計要件及び性能要件に応じて、変化し得ることが理解される。
ステップ80に再び言及すると、エンジン速度が固定閾値に達していないとき、ステップ82を行う。ステップ82では、VSC/PCM50が、時間ベースの閾値が到達されたかどうか判断する。時間ベースの閾値は、エンジン12がエンジン動作状態にあることを判定するためのVSC/PCM50にとっての別の機会又は「最後の」機会として、作用する。この時間ベースの閾値はまた、弱い燃焼が起こっている状態が生じないように警戒することにより、バッテリー46を保護する。時間ベースの閾値はまた、車両が共振周波数領域内で作動するのに費やす時間を最小にするのを助長する。
要約すると、時間ベース閾値に到達されたときに、ステップ82では、この方法は自動的に、制御システム50を通常作動モード84へ入らせる。実施例の一つにおいて、時間ベースの閾値は約0.5秒であるが、設計要件及び性能要件に応じて、変わり得る。従って、上記固定閾値が満たされていない場合であっても、時間ベース閾値へ到達されたときには、ステップ86が起こり、そこにおいて、ジェネレーター・モード・コマンドが調整され、そして、第2の目標エンジン速度が設定される。上述のように、ステップ86及び88は、共振周波数領域で車両10が費やす時間を最小化するように、共振周波数領域を通過するエンジンの急加速を可能にする。
本発明を実施するための最良の態様について詳細に述べてきたが、本発明が関連する分野の当業者であれば以下の請求項に規定の本発明を実施するための、様々な代替構成及び実施形態を想到するであろう。

Claims (4)

  1. エンジンと、該エンジンからトルクが出力されるシャフトと、該シャフトに連結されたダンパと、上記エンジンにトルクを供給するジェネレーターと、駆動輪にトルクを供給するモーターと、上記ジェネレーター及びモーターに電力を供給するバッテリーとを備えた車両における上記エンジンの始動方法であって、
    上記エンジンの冷間始動であるか否かを判断する第１ステップと、
    冷間始動であると判断された場合に、上記エンジンの目標エンジン速度を上記ダンパの共振周波数速度よりも小さい第一目標エンジン速度に設定して、上記ジェネレーターが上記エンジンにトルクを供給するエンジン始動モードを行う第２ステップと、
    実際のエンジン速度が上記第一目標エンジン速度に到達したか否かを判断する第３ステップと、
    実際のエンジン速度が上記第一目標エンジン速度に到達していないときに、上記エンジンにトルクが付与されてから時間ベースの所定閾値を経過したか否かを判断する第４ステップと、
    上記第３ステップで上記実際のエンジン速度が上記第一目標エンジン速度に到達したと判断された場合、又は、上記第４ステップで上記時間ベースの所定閾値を経過したと判断された場合に、上記エンジンの目標エンジン速度を上記ダンパの共振周波数速度よりも大きい第二目標エンジン速度に設定して、上記エンジン始動モードから通常作動モードへ移行する第５ステップと、
    を有する車両エンジンの始動方法。
  2. 上記第２ステップは、ジェネレーター・モード・コマンドを生成するステップと、上記第一目標エンジン速度および上記ジェネレーター・モード・コマンドに従ってエンジン始動モード中に上記実際のエンジン速度を調節するステップと、を更に有する、請求項２に記載の車両エンジンの始動方法。
  3. 上記第２ステップは、上記実際のエンジン速度を増加させるために上記エンジンに正トルクだけを付与するステップを含む、請求項１又は２に記載の車両エンジンの始動方法。
  4. 上記第３ステップが、上記実際のエンジン速度がエンジンクランキング速度より大きく且つ、上記ダンパの共振周波数速度より小さいか否かを判定するステップを含む、請求項１〜３のいずれか１つに記載の車両エンジンの始動方法。
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