JP2011194984A - ハイブリッド車両の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】内燃機関を停止する際の振動を抑制しつつ、内燃機関の停止要求に対する応答性向上、燃費低減、及び排気ガス量低減を図ることができるハイブリッド車両の制御装置を提供すること。
【解決手段】動力源として、内燃機関１と、内燃機関１に連結されたモータ２と、を備えるハイブリッド車両の制御装置（７、９、１１）であって、内燃機関１の停止要求があったときに、内燃機関１への燃料供給を停止するように内燃機関１を制御するとともに、内燃機関１の回転数を維持するようにモータ２を駆動させ、モータ２の回転数がゼロ回転になるまでモータ２を制御する。
【選択図】図１

Description

本発明は、動力源として内燃機関及びモータを備えたハイブリッド車両の制御装置に関し、特に、内燃機関を停止する際の振動を抑制することができるハイブリッド車両の制御装置に関する。

近年、動力源として、燃料の燃焼エネルギにより回転動力を出力するエンジンと、電気エネルギにより回転動力を出力するモータとを備えるとともに、それらの動力源と駆動輪との間に自動変速機が設けられたハイブリッド車両が実用化されている。このようなハイブリッド車両では、運転状態に応じてエンジンとモータとを使い分ける制御を行っている。モータのみを動力源として走行する場合や、車両を停止する場合には、エンジンを停止する制御が行われる。エンジンを停止する際、振動が発生するので、このような振動を抑制する技術が提案されている。

例えば、特許文献１では、内燃機関の吸入空気量を調節する吸入空気量調節手段と、前記内燃機関の点火時期を調節する点火時期調節手段と、所定の停止条件が成立したとき、前記内燃機関を通常にアイドル運転するときより吸入空気量が少なくなると共にトルクが大きくなる点火時期でアイドル運転されるよう前記吸入空気量調節手段と前記点火時期調節手段とを制御する停止前アイドル運転制御をした後に該内燃機関の運転を停止する停止制御手段と、を備えるものが開示されている。この結果、内燃機関の運転を停止させる前にシリンダ内の圧力を下げることができる。従って、内燃機関の運転を停止させる際にピストンの往復運動でシリンダ内の圧力が変動することに基づいて発生する内燃機関の振動を抑制することができる。その上、停止前に内燃機関をアイドル回転数で運転させるので、内燃機関の回転数を増加させるのに比べて内燃機関の運転を停止させる際に運転者に違和感を与えるのを抑制することができる。

特開２００５−２０１１９７号公報

しかしながら、特許文献１の手法だと、アイドル回転の制御が安定するまで所要時間待つことになるため、エンジン停止要求に対する応答性の悪化や、エンジンの燃費が最も良くなる点火時期から進角させるため、燃費や排気ガス量の悪化などのおそれがある。

本発明の主な課題は、内燃機関を停止する際の振動を抑制しつつ、内燃機関の停止要求に対する応答性向上、燃費低減、及び排気ガス量低減を図ることができるハイブリッド車両の制御装置を提供することである。

本発明の一視点においては、動力源として、内燃機関と、前記内燃機関に連結されたモータと、を備えるハイブリッド車両の制御装置であって、前記内燃機関の停止要求があったときに、前記内燃機関への燃料供給を停止するように前記内燃機関を制御するとともに、前記内燃機関の回転数を維持するように前記モータを駆動させ、前記モータの回転数がゼロ回転になるまで前記モータを制御することを特徴とする。

本発明の前記ハイブリッド車両の制御装置において、前記モータの回転数がゼロ回転になるまで前記モータを制御する際、前記モータの回転数は直線的に減少することが好ましい。

本発明の前記ハイブリッド車両の制御装置において、前記モータの回転数がゼロ回転になるまで前記モータを制御する際、前記モータの回転数はステップ状に減少するように制御することが好ましい。

本発明の前記ハイブリッド車両の制御装置において、前記内燃機関の停止要求は、予め設定された所定の停止条件が成立した場合の自動停止要求であることが好ましい。

本発明の前記ハイブリッド車両の制御装置において、前記内燃機関の停止要求は、イグニッションスイッチにより前記内燃機関の停止を選択した場合の手動停止要求であることが好ましい。

本発明によれば、エンジン停止要求があったときに、内燃機関への燃料供給を停止し、モータでアイドル回転を維持し、モータ回転数をゼロ回転へ徐変制御することにより、内燃機関の停止時に発生する振動が抑制され、ドライバに違和感を与えない。エンジン回転数をモータで回転数を引き落としてくるため、回転数がゼロになるまでの時間を早くすることができ、内燃機関の停止要求に対する応答性を向上させることができる。また、内燃機関の停止要求後すぐに内燃機関への燃料供給を停止しているので、燃費低減及び排気ガス量低減を図ることができる。さらに、いわゆるアイドルストップのような状況での内燃機関の自動停止時において、ドライバの意図に反して停止してしまった場合などでも、すぐにモータでの正駆動に切り替えることができる上、クランキングができている（またはできる）ため、内燃機関の始動もスムーズに行え、操作性向上が期待できる。

本発明の実施例１に係るハイブリッド車両の制御装置を含むハイブリッド車両の構成を模式的に示したブロック図である。 本発明の実施例１に係るハイブリッド車両の制御装置におけるエンジン制御装置とエンジンの関係を示した模式図である。 本発明の実施例１に係るハイブリッド車両の制御装置の動作を模式的に示したフローチャート図である。 本発明の実施例１に係るハイブリッド車両の制御装置の制御によりエンジン停止する際のモータ回転数及び目標モータ回転数の計時変化を模式的に示した図である。 本発明の実施例１に係るハイブリッド車両の制御装置の制御によりエンジン停止する際のモータ回転数及び目標モータ回転数の計時変化の変形例を模式的に示した図である。 本発明の比較例に係るハイブリッド車両の制御装置の制御によりエンジン停止する際のエンジン回転数の計時変化を模式的に示した図である。

本発明の実施形態に係るハイブリッド車両の制御装置では、動力源として、内燃機関（図１の１）と、前記内燃機関と変速機（図１の３）との間の動力伝達経路に配設されたモータ（図１の２）と、を備えるハイブリッド車両の制御装置（図１の７、９、１１）であって、前記内燃機関の停止要求があったとき（図３のステップＡ１のＹＥＳ）に、前記内燃機関への燃料供給（燃料噴射）を停止するように制御するとともに、前記内燃機関の回転数を維持するように前記モータを駆動させ、前記モータの回転数がゼロ回転になるまで制御する（図３のステップＡ３、Ａ４）。

本発明の実施例１に係るハイブリッド車両の制御装置について図面を用いて説明する。図１は、本発明の実施例１に係るハイブリッド車両の制御装置を含むハイブリッド車両の構成を模式的に示したブロック図である。図２は、本発明の実施例１に係るハイブリッド車両の制御装置におけるエンジン制御装置とエンジンの関係を示した模式図である。

図１を参照すると、ハイブリッド車両は、燃料の燃焼エネルギにより回転動力を出力するエンジン１と、電気エネルギにより回転動力を出力するモータジェネレータ２とが動力伝達経路上に直列に配設されるとともに、モータジェネレータ２と駆動輪５、６との間に自動変速機３及びデファレンシャルギヤ４が設けられている。ハイブリッド車両は、エンジン１と、モータジェネレータ２と、自動変速機３と、デファレンシャルギヤ４と、駆動輪５、６と、エンジン制御装置７と、インバータ８と、モータジェネレータ制御装置９と、自動変速機制御装置１０と、ハイブリッド制御装置１１と、を有する。

エンジン１は、例えば、燃料（例えば、ガソリン、軽油などの炭化水素系）の燃焼により回転動力を出力する内燃機関である。エンジン１は、吸気の際、吸気通路２０から燃焼室において、吸気バルブ２３が開いてピストン２８を押し下げることで、エアクリーナ（図示せず）及びスロットルバルブ２１を通じて空気を吸入し、吸入された空気とインジェクタ２２から噴射された燃料とを混合した混合気を燃焼室に吸入する。エンジン１は、吸気バルブ２３及び排気バルブ２５が閉じているときに、ピストン２８を押し上げて燃焼室に吸入された混合気を圧縮し、点火プラグ２４による電気火花によって爆発燃焼させた燃焼ガスの膨張エネルギによりピストン２８を押し下げることで、クランクシャフト１ａの回転動力に変換する。エンジン１は、排気の際、燃焼室から排気通路２６において、排気バルブ２５が開いてピストン２８を押し上げることで、燃焼ガスを燃焼室から排気通路２６に排出し、燃焼ガスに含まれる有害成分（例えば、一酸化炭素、炭化水素、窒素酸化物等）を浄化装置（図示せず；例えば、三元触媒）を通じて外気へ排出する。クランクシャフト１ａの回転動力は、モータジェネレータ２の回転軸に伝達されるとともに、自動変速機３の入力軸に伝達される。エンジン１は、各種センサ、アクチュエータを有し、エンジン制御装置７に通信可能に接続されており、エンジン制御装置７によって制御される。

モータジェネレータ２は、電動機として駆動するとともに発電機としても駆動する同期発電電動機である。モータジェネレータ２の回転軸は、エンジン１のクランクシャフト１ａと一体に回転し、自動変速機３の入力軸と一体に回転する。モータジェネレータ２は、インバータ８を介してバッテリ（図示せず）と電力のやり取りを行なう。モータジェネレータ２は、エンジン１からクランクシャフト１ａに出力された回転動力を用いて発電してバッテリを充電したり、自動変速機３からの回転動力を用いて回生してバッテリを充電したり、バッテリからの電力を用いて回転動力をクランクシャフト１ａ及び自動変速機３に出力できる。

自動変速機３は、エンジン１及びモータジェネレータ２の一方又は両方から出力された回転動力を変速してデファレンシャルギヤ４を介して駆動輪５、６に伝達する機構である。自動変速機３は、例えば、エンジン１及びモータジェネレータ２の一方又は両方から出力された回転動力が、トルクコンバータ（図示せず）を介して遊星歯車機構（複数の遊星歯車機構が組み合わさったもの）に入力され、当該遊星歯車機構で変速されてデファレンシャルギヤ４に出力される。自動変速機３は、遊星歯車機構における所定の回転要素間を断接可能に係合させるクラッチや、所定の回転要素の回転を止めるブレーキを有し、当該クラッチや当該ブレーキを油圧操作する油圧回路を有し、当該油圧回路においてソレノイドを有する。自動変速機３は、自動変速機制御装置１０に通信可能に接続されており、自動変速機制御装置１０によって制御される。

エンジン制御装置７は、エンジン１の動作を制御するコンピュータ（電子制御装置）である。エンジン制御装置７は、エンジン１に内蔵された各種アクチュエータ（図示せず；例えば、スロットルバルブ２１、インジェクタ２２等を駆動するアクチュエータ）、各種センサ（図示せず；例えば、アクセル開度センサ、回転センサ等）、及びハイブリッド制御装置１１と通信可能に接続されている。エンジン制御装置７は、ハイブリッド制御装置１１からの制御信号に応じて、所定のプログラム（データベース、マップ等を含む）に基づいて制御処理を行う。

インバータ８は、モータジェネレータ制御装置９からの制御信号に応じて、モータジェネレータ２の動作（駆動動作、発電動作、回生動作）を制御する。インバータ８は、昇圧コンバータ（図示せず）を介してバッテリ（図示せず）と電気的に接続されている。

モータジェネレータ制御装置９は、インバータ８を介してモータジェネレータ２の動作を制御するコンピュータ（電子制御装置）である。モータジェネレータ制御装置９は、インバータ８、各種センサ（図示せず；例えば、回転センサ等）、及びハイブリッド制御装置１１と通信可能に接続されている。モータジェネレータ制御装置９は、ハイブリッド制御装置１１からの制御信号に応じて、所定のプログラム（データベース、マップ等を含む）に基づいて制御処理を行う。

自動変速機制御装置１０は、自動変速機３の動作を制御するコンピュータ（電子制御装置）である。自動変速機制御装置１０は、各種アクチュエータ（図示せず；例えば、ソレノイド）、各種センサ（図示せず；例えば、回転センサ等）、及びハイブリッド制御装置１１と通信可能に接続されている。自動変速機制御装置１０は、ハイブリッド制御装置１１からの制御信号に応じて、所定のプログラム（データベース、マップ等を含む）に基づいて制御処理を行う。

ハイブリッド制御装置１１は、エンジン制御装置７、モータジェネレータ制御装置９、及び自動変速機制御装置１０の動作を制御するコンピュータ（電子制御装置）である。ハイブリッド制御装置１１は、各種センサ（図示せず；例えば、回転センサ等）、各種スイッチ（例えば、イグニッションスイッチ１２等）、エンジン制御装置７、モータジェネレータ制御装置９、及び自動変速機制御装置１０と通信可能に接続されている。ハイブリッド制御装置１１は、ハイブリッド駆動装置の所定の状況に応じて、所定のプログラム（データベース、マップ等を含む）に基づいて、エンジン制御装置７、モータジェネレータ制御装置９、及び自動変速機制御装置１０に対して制御信号を出力する。ハイブリッド制御装置１１は、エンジン制御装置７を介してエンジン１の始動や停止を制御し、モータジェネレータ制御装置９を介してモータジェネレータ２の駆動、発電、回生を制御する。

イグニッションスイッチ１２は、エンジン１の始動又は停止を選択するためのスイッチである。

このように構成されたハイブリッド車両では、エンジン１を始動又は停止する際の操作として、イグニッションスイッチ１２によりエンジン１の始動又は停止を選択する手動操作のほか、アクセルＯＦＦかつブレーキＯＮの状態でエンジン回転数が所定回転数以下であるなどの所定の停止条件が成立したときにエンジン１を自動停止し、ブレーキＯＦＦかつアクセルＯＮされるなどの所定の始動条件が成立したときにエンジン１を始動する自動操作がある。エンジン１を始動する場合、モータジェネレータ２がエンジン１をクランキングする。エンジン１を停止する場合、停止の際に発生するエンジン１の振動を抑制するために、以下の制御動作を行う。

次に、本発明の実施例１に係るハイブリッド車両の制御装置の動作について図面を用いて説明する。図３は、本発明の実施例１に係るハイブリッド車両の制御装置の動作を模式的に示したフローチャート図である。図４は、本発明の実施例１に係るハイブリッド車両の制御装置の制御によりエンジン停止する際のモータ回転数及び目標モータ回転数の計時変化を模式的に示した図である。図５は、本発明の実施例１に係るハイブリッド車両の制御装置の制御によりエンジン停止する際のモータ回転数及び目標モータ回転数の計時変化の変形例を模式的に示した図である。図６は、本発明の比較例に係るハイブリッド車両の制御装置の制御によりエンジン停止する際のエンジン回転数の計時変化を模式的に示した図である。

図３を参照すると、まず、ハイブリッド制御装置１１は、エンジン停止要求があるか否かを確認する（ステップＡ１）。ここで、エンジン停止要求は、イグニッションスイッチ１２によりエンジン１の停止を選択した手動停止要求の場合や、アクセルＯＦＦかつブレーキＯＮの状態でエンジン回転数が所定回転数以下であるなどの所定の停止条件が成立した自動停止要求の場合である。エンジン停止要求がない場合（ステップＡ１のＮＯ）は終了し、スタートに戻る。

エンジン停止要求がある場合（ステップＡ１のＹＥＳ）、ハイブリッド制御装置１１は、エンジン始動要求があるか否かを確認する（ステップＡ２）。ここで、エンジン始動要求は、イグニッションスイッチ１２によりエンジン１の始動を選択した手動始動要求の場合や、ブレーキＯＦＦかつアクセルＯＮされるなどの所定の始動条件が成立した自動始動要求の場合である。エンジン始動要求がある場合（ステップＡ２のＹＥＳ）はステップＡ６に進む。

エンジン始動要求がない場合（ステップＡ２のＮＯ）、ハイブリッド制御装置１１は、エンジン制御装置７を介してエンジン１（インジェクタ２２）の燃料噴射を停止するように制御するとともに、エンジン１の回転数を維持するようにモータジェネレータ制御装置９を介してモータジェネレータ２を制御し、モータジェネレータ制御装置９にてモータ回転数（モータジェネレータ２の回転数）の誘導目標となる目標モータ回転数を減算するように制御する（ステップＡ３）。

ステップＡ３の後、ハイブリッド制御装置１１は、モータジェネレータ制御装置９を介して減算した目標モータ回転数に誘導するようにモータ回転数（モータジェネレータ２の回転数）を制御する（ステップＡ４）。ここでのモータ回転数の制御は、アイドル回転数からゼロ回転までの範囲で、モータ回転数を徐変制御（モータ回転数が直線的に減少するように制御）するものであり、図４のようになる。なお、一般的なランプ応答に対して、図５のようにステップ状の変化を組み合わせることもできる。

ステップＡ４の後、ハイブリッド制御装置１１は、エンジン制御装置７を介してエンジン１が停止（エンジン回転数０ｒｐｍ）したか否かを確認する（ステップＡ５）。エンジン１が停止した場合（ステップＡ５のＹＥＳ）は終了し、スタートに戻る。エンジン１が停止していない場合（ステップＡ５のＮＯ）はステップＡ２に戻る。

エンジン始動要求がある場合（ステップＡ２のＹＥＳ）、ハイブリッド制御装置１１は、エンジン制御装置７を介してエンジン１（インジェクタ２２）において燃料を噴射（停止していれば燃料噴射開始、噴射していれば燃料噴射維持）するように制御するとともに、モータジェネレータ制御装置９を介してモータジェネレータ２がエンジン１の回転数を維持するように制御し、モータジェネレータ制御装置９にてモータ回転数（モータジェネレータ２の回転数）の誘導目標となる目標モータ回転数を加算するように制御する（ステップＡ６）。

ステップＡ６の後、ハイブリッド制御装置１１は、モータジェネレータ制御装置９を介して加算した目標モータ回転数に誘導するようにモータ回転数（モータジェネレータ２の回転数）を制御する（ステップＡ７）。

ステップＡ７の後、ハイブリッド制御装置１１は、エンジン制御装置７を介してエンジン１が始動（エンジン回転数以≧アイドル回転数）したか否かを確認する（ステップＡ８）。エンジン１が始動した場合（ステップＡ８のＹＥＳ）はモータジェネレータ２の駆動を停止して終了し、スタートに戻る。エンジン１が停止していない場合（ステップＡ８のＮＯ）はステップＡ６に戻る。

実施例１によれば、エンジン停止要求があったときに、エンジン１への燃料噴射を停止し、モータジェネレータ２でアイドル回転を維持し、モータ回転数をゼロ回転へ徐変制御することにより、エンジン停止時に発生するエンジン振動が抑制され、ドライバに違和感を与えない。エンジン停止時に発生するエンジン振動は、エンジンの回転角に対する負荷変動が起因しており、特に、トラックやバスなどの大型ディーゼルエンジンで大きく発生している。実施例１では、この負荷変動をモータジェネレータ２で吸収することで振動を抑制したものである。

また、燃料噴射を止めるだけの従来のエンジン停止方法（図６参照）では、エンジン慣性のみで回転数が減少するのに対して、実施例１では、エンジン回転数をモータで回転数を引き落としていくため、回転数がゼロになるまでの時間を早くすることができ、エンジン停止要求に対する応答性を向上させることができる。また、エンジン停止要求後すぐにエンジン１への燃料供給を停止しているので、燃費低減及び排気ガス量低減を図ることができる。

さらに、実施例１によれば、いわゆるアイドルストップのような状況でのエンジン自動停止時において、ドライバの意図に反して停止してしまった場合などでも、すぐにモータジェネレータ２での正駆動（いわゆるＥＶ）に切り替えることができる上、クランキングができている（またはできる）ため、エンジン始動もスムーズに行え、操作性向上が期待できる。

１ エンジン（内燃機関）
１ａ クランクシャフト
２ モータジェネレータ（モータ）
３ 自動変速機（変速機）
４ デファレンシャルギヤ
５、６ 駆動輪
７ エンジン制御装置
８ インバータ
９ モータジェネレータ制御装置
１０ 自動変速機制御装置
１１ ハイブリッド制御装置
１２ イグニッションスイッチ
２０ 吸気通路
２１ スロットルバルブ
２２ インジェクタ
２３ 吸気バルブ
２４ 点火プラグ
２５ 排気バルブ
２６ 排気通路
２７ シリンダ
２８ ピストン

Claims (5)

1. 動力源として、内燃機関と、前記内燃機関に連結されたモータと、を備えるハイブリッド車両の制御装置であって、
   前記内燃機関の停止要求があったときに、前記内燃機関への燃料供給を停止するように前記内燃機関を制御するとともに、前記内燃機関の回転数を維持するように前記モータを駆動させ、前記モータの回転数がゼロ回転になるまで前記モータを制御することを特徴とするハイブリッド車両の制御装置。
2. 前記モータの回転数がゼロ回転になるまで前記モータを制御する際、前記モータの回転数は直線的に減少することを特徴とする請求項１記載のハイブリッド車両の制御装置。
3. 前記モータの回転数がゼロ回転になるまで前記モータを制御する際、前記モータの回転数はステップ状に減少するように制御することを特徴とする請求項１記載のハイブリッド車両の制御装置。
4. 前記内燃機関の停止要求は、予め設定された所定の停止条件が成立した場合の自動停止要求であることを特徴とする前記１乃至３のいずれか一に記載のハイブリッド車両の制御装置。
5. 前記内燃機関の停止要求は、イグニッションスイッチにより前記内燃機関の停止を選択した場合の手動停止要求であることを特徴とする前記１乃至３のいずれか一に記載のハイブリッド車両の制御装置。

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