JP2011183973A - 制御装置、ハイブリッド自動車、および制御方法 - Google Patents

制御装置、ハイブリッド自動車、および制御方法 Download PDF

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Abstract

【課題】熱源を別途設けることなく電動機13の冷却油の温度を上昇させること。
【解決手段】エンジン10と電動機13とが協働して走行するハイブリッド自動車1のエンジン10と電動機13との協働関係を制御するHV−ECU18において、電動機13の内部には、電動機13を冷却する冷却油19が滞留し、冷却油19の温度が所定の温度以下、または所定の温度未満であると共に、バッテリ15のSOCが所定範囲以下、または所定範囲よりも低いときには、エンジン10によって電動機13を発電機として駆動させ、冷却油19の温度が所定の温度以下、または所定の温度未満であると共に、バッテリ15のSOCが所定範囲よりも高い、または所定範囲以上であるときには、電動機13による走行、あるいはエンジン10と電動機13とを併用する走行を実施する。
【選択図】図1

Description

本発明は、制御装置、ハイブリッド自動車、および制御方法に関する。
ハイブリッド自動車は、エンジンと電動機とが協働して走行する車両であるが、電動機内部に、駆動に伴う発熱を冷却するための冷却油を滞留させているものがある。たとえば、特許文献1には、冷却油を電動機内部に流れるようにして、電動機を冷却する方法が開示されている。
特開2001−145302号公報
上述した電動機内部に、駆動に伴う発熱を冷却するための冷却油を滞留させている電動機では、冷却油の温度がきわめて低い状態では冷却油の粘度が増大し、これにより電動機のフリクションロスが増大する。
周囲温度がきわめて低い環境下で冷却油の温度を所定温度以上に保つためには電動機内部あるいは電動機近傍に熱源を設けることが考えられる。しかしながら熱源を設けると電動機あるいは電動機周辺構造の小型化が困難になると共に構造が複雑化する。さらに、別途熱源を設けると、この熱源を加熱するために、走行とは無関係の余分なエネルギーが必要になり、燃費悪化の要因になる。
本発明は、このような背景の下に行われたものであって、熱源を別途設けることなく電動機の冷却油の温度を上昇させることができる制御装置、ハイブリッド自動車、および制御方法を提供することを目的とする。
本発明の1つの観点は、制御装置としての観点である。すなわち、本発明の制御装置は、エンジンと電動機とが協働して走行するハイブリッド自動車のエンジンと電動機との協働関係を制御する制御装置において、電動機の内部には、電動機を冷却する冷却油が滞留し、冷却油の温度が所定の温度以下、または所定の温度未満であると共に、電動機用バッテリの充電状態を示す値が所定範囲以下、または所定範囲よりも低いときには、エンジンによって電動機を発電機として駆動させ、冷却油の温度が所定の温度以下、または所定の温度未満であると共に、電動機用バッテリの充電状態を示す値が所定範囲よりも高い、または所定範囲以上であるときには、電動機による走行、あるいはエンジンと電動機とを併用する走行を実施するものである。
さらに、冷却油の温度が所定の温度以下、または所定の温度未満であると共に、電動機用バッテリの充電状態を示す値が所定範囲よりも高い、または所定範囲以上であるときの停車中には、電動機のアシストによりエンジンがアイドリング回転速度を維持するように制御することができる。
本発明の他の観点は、ハイブリッド自動車としての観点である。すなわち、本発明のハイブリッド自動車は、エンジンと電動機とが協働して走行するハイブリッド自動車において、電動機の内部には、電動機を冷却する冷却油が滞留し、冷却油の温度が所定の温度以下、または所定の温度未満であると共に、電動機用バッテリの充電状態を示す値が所定範囲以下、または所定範囲よりも低いときには、エンジンによって電動機を発電機として駆動させ、冷却油の温度が所定の温度以下、または所定の温度未満であると共に、電動機用バッテリの充電状態を示す値が所定範囲よりも高い、または所定範囲以上であるときには、電動機による走行、あるいはエンジンと電動機とを併用する走行を実施する、制御手段を有するものである。
さらに、制御手段は、冷却油の温度が所定の温度以下、または所定の温度未満であると共に、電動機用バッテリの充電状態を示す値が所定範囲よりも高い、または所定範囲以上であるときの停車中には、電動機のアシストによりエンジンがアイドリング回転速度を維持するように制御することができる。
本発明のさらに他の観点は、制御方法としての観点である。すなわち、本発明の制御方法は、エンジンと電動機とが協働して走行するハイブリッド自動車のエンジンと電動機との協働関係を制御する制御装置が実行する制御方法において、電動機の内部には、電動機を冷却する冷却油が滞留し、冷却油の温度が所定の温度以下、または所定の温度未満であると共に、電動機用バッテリの充電状態を示す値が所定範囲以下、または所定範囲よりも低いときには、エンジンによって電動機を発電機として駆動させるステップと、冷却油の温度が所定の温度以下、または所定の温度未満であると共に、電動機用バッテリの充電状態を示す値が所定範囲よりも高い、または所定範囲以上であるときには、電動機による走行、あるいはエンジンと電動機とを併用する走行を実施するステップと、を有するものである。
さらに、冷却油の温度が所定の温度以下、または所定の温度未満であると共に、電動機用バッテリの充電状態を示す値が所定範囲よりも高い、または所定範囲以上であるときの停車中には、電動機のアシストによりエンジンがアイドリング回転速度を維持するように制御するステップを有することができる。
本発明によれば、熱源を別途設けることなく電動機の冷却油の温度を上昇させることができる。
本発明の実施の形態のハイブリッド自動車の要部ブロック構成図である。 図1のHV−ECUの走行制御処理を示すフローチャートである。
(本発明の実施の形態のハイブリッド自動車1について)
(概要)
本発明の実施の形態のハイブリッド自動車1は、電動機13内部に冷却油19を滞留させており、この冷却油19の温度を上昇させるために電動機13を積極的に駆動させるようにHV−ECU18が制御を行う。
(構成)
ハイブリッド自動車1は、エンジン10、エンジンECU11、クラッチ12、電動機13、電動機制御装置14、バッテリ15、トランスミッション16、車輪17、およびHV−ECU18(請求項でいう制御手段、制御装置)により構成される。また、電動機13の内部に冷却油19が滞留し、その冷却油19によって、電動機13の内部が冷却されるようになっている。冷却油19の温度を検出するための温度センサ20が設けられている。なお、図1の構成では、ブレーキ、エアサス、エアコン、照明その他の直接説明に関わらない構成の図示は省略してある。
エンジン10は、ガソリン、軽油、CNG(Compressed Natural Gas)、LPG(Liquefied Petroleum Gas)、または代替燃料等によって駆動する内燃機関である。
エンジンECU11は、エンジン10を制御するためのコンピュータ装置である。
クラッチ12は、エンジン10の出力を電動機13、トランスミッション16を介して車輪17に伝達するものである。なお、クラッチ12は、運転者がペダルを操作して動かすクラッチとは異なるものでありHV−ECU18の制御によって動くものである。たとえばクラッチ12は、エンジン10によってハイブリッド自動車1が走行し、これにより電動機13が発電を行う場合、電動機13によってエンジン10がアシストされる場合、および電動機13によってエンジン10が始動される場合などに接続される。また、クラッチ12は、エンジン10が停止、あるいはアイドリング状態で電動機13によってハイブリッド自動車1が走行している場合、およびエンジン10が停止、あるいはアイドリング状態でハイブリッド自動車1が減速中、あるいは下り坂を走行中であり電動機13が発電している場合などに切断される。
電動機13は、エンジン10と協働してハイブリッド自動車1を走行させるものである。また、電動機13がエンジン10によって駆動されている期間、あるいは、ハイブリッド自動車1が減速中、あるいは下り坂を走行中などで無動力で走行している期間においては、電動機13がバッテリ15に電力を供給する発電機として機能する。
電動機制御装置14は、電動機13に対し、バッテリ15の直流電力を供給するものである。また、電動機13が発電機として動作しているときには、バッテリ15に直流電力を供給するための整流器としての役割も果たす。
バッテリ15は、電動機13に電力を供給するものである。上述したように、電動機13が発電機として動作しているときには、電動機13が発電する電力によってバッテリ15の充電が行われる。
トランスミッション16は、変速機構(不図示)およびトルクコンバータ機構(不図示)などを備え、エンジン10の出力および/または電動機13の出力を車輪17に伝達するものである。なお、トランスミッション16がマニュアル仕様の場合は、運転者の操作に従う変速機構(不図示)とクラッチ機構(不図示)を備える。
車輪17は、ハイブリッド自動車1が路面を走行する際の駆動輪である。なお、車輪17は1つのみ図示するが実際には、ハイブリッド自動車1は、複数の車輪17を有する。
HV−ECU18は、クラッチ12および電動機制御装置14を制御すると共に、エンジンECU11と連携してエンジン10の制御にも関わるコンピュータ装置である。
これらのECU(エンジンECU11、HV−ECU18)および電動機制御装置14は、内部に不図示の演算部、メモリ、およびI/Oポートなどを有する。この演算部は、たとえばCPU(Central Processing Unit)、ASIC(Application Specific Integrated Circuit)、マイクロプロセッサ(マイクロコンピュータ)、DSP(Digital Signal Processor)などにより構成される。
冷却油19は、電動機13の内部に注入されており、不図示のロータの回転によって攪拌され、電動機13の内部の全体に循環される。冷却油19が電動機13の内部の全体に循環されることによって、電動機13の駆動によって発生する熱が冷却油19により冷却される。
温度センサ20は、電動機13の内部に含まれる冷却油19の温度を測定するためのセンサであり、検出出力はHV−ECU18に取り込まれる。温度センサ20は、たとえば熱電対、サーミスターなどの感温素子によって構成される。
(動作)
次に、HV−ECU18の走行制御処理について図2のフローチャートを参照して説明する。なお、図2のフローチャートの「START」から「END」までの工程は、1周期分の処理を示したものであり、処理がいったん「END」になっても「START」の条件が整っている場合、再び処理は開始される。
START:たとえば、運転キーが操作されて、HV−ECU18が起動されると、ステップS1の処理へ移行する。
ステップS1:HV−ECU18は、温度センサ20から通知される温度情報に基づき、冷却油19の温度が所定温度以下か否かを判断する。冷却油19の温度が所定温度以下の場合(ステップS1でYes)、HV−ECU18は、ステップS2の処理へ移行する。一方、冷却油19の温度が所定温度を超えている場合(ステップS1でNo)、HV−ECU18は、ステップS10の処理へ移行する。なお、所定温度は、冷却油19の性能(特に、温度と粘度との関係)に応じて適宜設定される。
ステップS2:HV−ECU18は、バッテリ15の充電状態を示す値(以下では、SOC:State of Chargeという)が所定範囲よりも高いか否かを判断する。HV−ECU18は、バッテリ15のSOCが所定範囲以下である場合(ステップS2でNo)、ステップS3の処理へ移行する。一方、HV−ECU18は、バッテリ15のSOCが所定範囲よりも高い場合(ステップS2でYes)、ステップS7の処理へ移行する。なお、所定範囲は、バッテリ15の性能(特に、充放電能力)に応じて適宜設定される。
ステップS3:HV−ECU18は、バッテリ15のSOCが所定範囲よりも低いか否かを判断する。HV−ECU18は、バッテリ15のSOCが所定範囲よりも低い場合(ステップS3でYes)、ステップS4の処理へ移行する。一方、HV−ECU18は、バッテリ15のSOCが所定範囲以上(すなわち所定範囲内)である場合(ステップS3でNo)、ステップS10の処理へ移行する。
ステップS4:HV−ECU18は、ハイブリッド自動車1が走行中であるか否かを判断する。HV−ECU18は、ハイブリッド自動車1が走行中である場合(ステップS4でYes)、ステップS5の処理へ移行する。一方、HV−ECU18は、ハイブリッド自動車1が走行中でない場合(ステップS4でNo)、ステップS6の処理へ移行する。
ステップS5:HV−ECU18は、アクセルの開閉量に応じたエンジン10による走行を開始する(END)。エンジン走行中は、必然的にクラッチ12が接続され、電動機13は発電機として駆動される。
ステップS6:HV−ECU18は、エンジン10、クラッチ12、および電動機13を制御してアイドリング発電を実施する(END)。アイドリング発電とは、本来、ハイブリッド自動車1がエンジン10のアイドリングをストップするべき状況(一時停車中など)であってもこれを行わずにエンジン10によって電動機13を発電機として動作させ続けることである。これによりバッテリ15のSOCの早急な回復を図ることができる。
ステップS7:HV−ECU18は、ハイブリッド自動車1が走行中であるか否かを判断する。HV−ECU18は、ハイブリッド自動車1が走行中である場合(ステップS7でYes)、ステップS8の処理へ移行する。一方、HV−ECU18は、ハイブリッド自動車1が走行中でない場合(ステップS7でNo)、ステップS9の処理へ移行する。
ステップS8:HV−ECU18は、電動機13による走行、あるいはエンジン10と電動機13とを併用する走行(電動機13によるエンジン10のアシスト)を開始する(END)。
ステップS9:HV−ECU18は、アイドリングアシストを開始する(END)。アイドリングアシストとは、ハイブリッド自動車1が停車中において、エンジン10をアイドリング状態の回転速度まで回転させるように電動機13がエンジン10をアシストすることをいう。このときエンジン10においては燃料噴射が行われていない、あるいは燃料噴射が少ない状態であり、電動機13のアシストによりエンジン10はアイドリング状態の回転速度を維持する。すなわち、電動機13にとってはエンジン10が負荷となる。
ステップS10:HV−ECU18は、ハイブリッド自動車1を通常走行させて処理を終了する(END)。すなわち、HV−ECU18は、ハイブリッド自動車1が発進するときなど、エンジン10の高いトルクが必要となる状況下では電動機13によるアシストを実施し、高速走行時など、エンジン10のトルクが低く安定する状況下ではエンジン10による走行を実施する。また、バッテリ15のSOCに応じて適宜エンジン10による発電を実施する。
ステップS5,S6,S8,S9,S10の処理後は、適宜、ステップS1に戻りそれ以降の処理が同様に行われる。また、たとえば、運転キーが操作されて、HV−ECU18が停止されると、この走行制御処理が終了する。
(効果)
冷却油19の温度が所定の温度以下であると共に、バッテリ15のSOCが所定範囲よりも低いときには、エンジン10によって電動機13を発電機として駆動させ(図2のステップS5(走行中),S6(停車中))、冷却油19の温度が所定の温度以下であると共に、バッテリ15のSOCが所定範囲よりも高いときには、電動機13による走行、あるいはエンジンと電動機とを併用する走行を実施するので(図2のステップS8)、いずれの場合も電動機13の発熱を促すことができる。これにより、熱源を別途設けることなく(すなわち熱源を加熱するためのエネルギーを消費することなく)、電動機13の冷却油19の温度を上昇させることができる。
また、冷却油19の温度が所定の温度以下であると共に、バッテリ15のSOCが所定範囲よりも高くハイブリッド自動車1が停車中には、電動機13のアシストによりエンジン10がアイドリング回転速度を維持するように制御するようにしたので(図2のステップS9)、ハイブリッド自動車1が停車中においても電動機13の発熱を促すことができる。これによればハイブリッド自動車1が走行していなくても電動機13の発熱を促すことができ、いかなる状況下であっても電動機13の発熱を効率良く促すことができる。前述したように、このときエンジン10においては燃料噴射が行われていない、あるいは燃料噴射料が少ない状態であり、電動機13にとってエンジン10が負荷となり、電動機13の発熱を促進させることができる。
(プログラムを用いた実施の形態について)
また、HV−ECU18は、所定のプログラムにより動作する汎用の情報処理装置によって構成されてもよい。例えば、汎用の情報処理装置は、メモリ、CPU(Central Processing Unit)、入出力ポートなどを有する。汎用の情報処理装置のCPUは、メモリなどから所定のプログラムとして制御プログラムを読み込んで実行する。これにより、汎用の情報処理装置には、HV−ECU18の機能が実現される。また、その他の機能についてもソフトウェアにより実現可能な機能については汎用の情報処理装置とプログラムとによって実現することができる。なお、上述したCPUの代わりにASIC、マイクロプロセッサ(マイクロコンピュータ)、DSPなどを用いてもよい。
なお、汎用の情報処理装置が実行する制御プログラムは、HV−ECU18の出荷前に、汎用の情報処理装置のメモリなどに記憶されたものであっても、HV−ECU18の出荷後に、汎用の情報処理装置のメモリなどに記憶されたものであってもよい。また、制御プログラムの一部が、HV−ECU18の出荷後に、汎用の情報処理装置のメモリなどに記憶されたものであってもよい。HV−ECU18の出荷後に、汎用の情報処理装置のメモリなどに記憶される制御プログラムは、例えば、CD−ROMなどのコンピュータ読取可能な記録媒体に記憶されているものをインストールしたものであっても、インターネットなどの伝送媒体を介してダウンロードしたものをインストールしたものであってもよい。
また、制御プログラムは、汎用の情報処理装置によって直接実行可能なものだけでなく、ハードディスクなどにインストールすることによって実行可能となるものも含む。また、圧縮されたり、暗号化されたりしたものも含む。
このように、汎用の情報処理装置とプログラムによってHV−ECU18の機能を実現することにより、大量生産や仕様変更(または設計変更)に対して柔軟に対応可能となる。
(その他の実施の形態)
本発明の実施の形態は、その要旨を逸脱しない限り様々に変更が可能である。たとえば図2のフローチャートにおいてステップS1の「所定温度以下か?」を「所定温度未満か?」としてもよい。この場合、冷却油19の温度が所定温度未満であればステップS2の処理へ移行し、冷却油19の温度が所定温度以上であればステップS10の処理へ移行する。同様に、図2のフローチャートにおいてステップS2の「SOCは所定範囲よりも高い?」を「SOCは所定範囲以上?」としてもよい。この場合、SOCが所定範囲以上であればステップS7の処理へ移行し、SOCが所定範囲未満であればステップS3の処理へ移行する。同様に、図2のフローチャートにおいてステップS3の「SOCは所定範囲よりも低い?」を「SOCは所定範囲以下?」としてもよい。この場合、SOCが所定範囲以下であればステップS4の処理へ移行し、SOCが所定範囲を超えていればステップS10の処理へ移行する。この場合、所定範囲は、その境界値を含まない。
また、温度センサ20を電動機13の内部に図示したが、これは温度センサ20の設置位置を電動機13の内部に限定するものではない。たとえば温度センサ20を電動機13の外部に設置し、電動機13の筐体の温度を測定することによって間接的に冷却油19の温度を推定してもよい。あるいは、温度センサ20は、電動機13が設置されている周辺の気温を測定するようにし、電動機13が設置されている周囲の気温を測定することによって間接的に電動機13の冷却油19の温度を推定することができる。また、電動機13の外部から電動機13の筐体の温度を測定するために、温度センサ20に代えてカメラ装置を設け、サーモグラフィーのような画像解析手法を用いてもよい。
また、クラッチ12が無いと電動機13のみによる走行はできないが、クラッチ12が無くてもエンジン10と電動機13とを併用するアシスト走行やアイドリング発電、アイドリングアシストは可能である。このためクラッチ12が無いハイブリッド自動車であっても図2のフローチャートに示す走行制御処理は適用できる。
1…ハイブリッド自動車、10…エンジン、13…電動機、15…バッテリ、18…HV−ECU(制御手段、制御装置)、19…冷却油

Claims (6)

  1. エンジンと電動機とが協働して走行するハイブリッド自動車の上記エンジンと上記電動機との協働関係を制御する制御装置において、
    上記電動機の内部には、上記電動機を冷却する冷却油が滞留し、
    上記冷却油の温度が所定の温度以下、または所定の温度未満であると共に、上記電動機用バッテリの充電状態を示す値が所定範囲以下、または所定範囲よりも低いときには、上記エンジンによって上記電動機を発電機として駆動させ、
    上記冷却油の温度が所定の温度以下、または所定の温度未満であると共に、上記電動機用バッテリの充電状態を示す値が所定範囲よりも高い、または所定範囲以上であるときには、上記電動機による走行、あるいは上記エンジンと上記電動機とを併用する走行を実施する、
    ことを特徴とする制御装置。
  2. 請求項1記載の制御装置であって、
    前記冷却油の温度が所定の温度以下、または所定の温度未満であると共に、前記電動機用バッテリの充電状態を示す値が所定範囲よりも高い、または所定範囲以上であるときの停車中には、前記電動機のアシストにより前記エンジンがアイドリング回転速度を維持するように制御する、
    ことを特徴とする制御装置。
  3. エンジンと電動機とが協働して走行するハイブリッド自動車において、
    上記電動機の内部には、上記電動機を冷却する冷却油が滞留し、
    上記冷却油の温度が所定の温度以下、または所定の温度未満であると共に、上記電動機用バッテリの充電状態を示す値が所定範囲以下、または所定範囲よりも低いときには、上記エンジンによって上記電動機を発電機として駆動させ、
    上記冷却油の温度が所定の温度以下、または所定の温度未満であると共に、上記電動機用バッテリの充電状態を示す値が所定範囲よりも高い、または所定範囲場であるときには、上記電動機による走行、あるいは上記エンジンと上記電動機とを併用する走行を実施する、
    制御手段を有する、
    ことを特徴とするハイブリッド自動車。
  4. 請求項3記載のハイブリッド自動車であって、
    前記制御手段は、前記冷却油の温度が所定の温度以下、または所定の温度未満であると共に、前記電動機用バッテリの充電状態を示す値が所定範囲よりも高い、または所定範囲以上であるときの停車中には、前記電動機のアシストにより前記エンジンがアイドリング回転速度を維持するように制御する、
    ことを特徴とするハイブリッド自動車。
  5. エンジンと電動機とが協働して走行するハイブリッド自動車の上記エンジンと上記電動機との協働関係を制御する制御装置が実行する制御方法において、
    上記電動機の内部には、上記電動機を冷却する冷却油が滞留し、
    上記冷却油の温度が所定の温度以下、または所定の温度未満であると共に、上記電動機用バッテリの充電状態を示す値が所定範囲以下、または所定範囲よりも低いときには、上記エンジンによって上記電動機を発電機として駆動させるステップと、
    上記冷却油の温度が所定の温度以下、または所定の温度未満であると共に、上記電動機用バッテリの充電状態を示す値が所定範囲よりも高い、または所定範囲以上であるときには、上記電動機による走行、あるいは上記エンジンと上記電動機とを併用する走行を実施するステップと、
    を有する、
    ことを特徴とする制御方法。
  6. 請求項5記載の制御方法であって、
    前記冷却油の温度が所定の温度以下、または所定の温度未満であると共に、前記電動機用バッテリの充電状態を示す値が所定値範囲よりも高い、または所定範囲以上であるときの停車中には、前記電動機のアシストにより前記エンジンがアイドリング回転速度を維持するように制御するステップを有する、
    ことを特徴とする制御方法。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2017189051A (ja) * 2016-04-07 2017-10-12 株式会社デンソー モータの制御装置

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