JP2011207395A

JP2011207395A - 車両制御装置

Info

Publication number: JP2011207395A
Application number: JP2010078386A
Authority: JP
Inventors: Yutaka Watanabe; 豊渡辺
Original assignee: Panasonic Corp
Current assignee: Panasonic Corp
Priority date: 2010-03-30
Filing date: 2010-03-30
Publication date: 2011-10-20

Abstract

【課題】バッテリの容量や車両の走行状態によらず、コンプレッサの運転開始、停止時のドライバビリティを良くすることができる車両制御装置を提供する。
【解決手段】発電機６は、エンジン１の回転力により発電を行い、バッテリ８は発電機６の電力を蓄える。インバータ９は、発電機６、あるいは、バッテリ８から電気が供給され、モータ７ａはインバータ９から電気が供給される。コンプレッサ７は、発電機６の発電、あるいは、モータ７ａの駆動により動作を行う。コントローラ１１は、コンプレッサ７の動作を開始させる時、バッテリ８の充電率が閾値より大きい場合は、インバータ９か羅の電力によりモータ７ａを駆動し、バッテリ８の充電率が閾値より小さい場合は、発電機６のトルクを漸増して発電し、バッテリ８の充電率が閾値より大きくなったときに、インバータ９からの電力によりモータ７ａを駆動してコンプレッサ７を作動する。
【選択図】図１

Description

本発明は、ハイブリッドシステムの自動車において、車室内空調のために搭載されるコンプレッサの運転開始、終了時にドライバビリティを確保できる車両制御装置に関するものである。ドライバビリティとは、運転者が感じる車両の運転のしやすさであるが、特に、車両の前後方向に生じる加速度の変化に違和感がなく、快適に運転できる状態を表すものとする。

従来技術の車両制御装置として、バッテリ容量が低い場合、エアコンスイッチのＯＮを検出したら、発電機で発電した後にクラッチ（エンジン出力をコンプレッサに伝達するクラッチ）を締結し、コンプレッサ非駆動を検出したら、クラッチ切断後に発電機で発電を行う。一方、バッテリ容量が高い場合、コンプレッサ駆動を検出したら、クラッチ締結した後にモータを駆動し、コンプレッサ非駆動を検出したら、モータ駆動後にクラッチを切断する。（特許文献１参照）

特開平１１−９９８２４号公報

しかしながら、上記の従来技術においては、バッテリ容量が低いとき、発電機で発電した後にクラッチ締結しても、発電によりエンジントルクが減少している上に更にクラッチ締結でエンジントルクが下がるため、締結した瞬間にエンジンに大きな負荷がかかり、車両の前後方向の加速度が変化するため、ドライバビリティが良くないという問題があった。

本発明は、従来の問題を解決するためになされたもので、バッテリの容量や車両の走行状態によらず、コンプレッサの運転開始、停止時のドライバビリティを良くすることができる車両制御装置を提供することを目的とする。

本発明の車両制御装置は、発電機、バッテリ、インバータ、クラッチに接続されている制御手段を備えており、前記制御手段は、前記コンプレッサの動作を開始させる時、前記バッテリの充電率が閾値より大きい場合は、前記インバータからの電力によりモータを駆動して前記コンプレッサを作動し、前記バッテリの充電率が閾値より小さい場合は、前記発電機のトルクを漸増して発電し、前記バッテリの充電率が閾値より大きくなったときに、前記インバータからの電力により前記モータを駆動して前記コンプレッサを作動することを特徴とする。

本発明は、制御手段がコンプレッサの動作を開始させる時、バッテリの充電率が閾値より大きい場合は、インバータからの電力によりモータを駆動してコンプレッサを作動し、バッテリの充電率が閾値より小さい場合は、発電機のトルクを漸増して発電し、バッテリの充電率が閾値より大きくなったときに、インバータからの電力によりモータを駆動してコンプレッサを作動するので、バッテリの容量や車両の走行状態によらず、コンプレッサの運転開始時のドライバビリティを良くすることができるものである。

本発明の一実施の形態における車両制御装置の構成を示すブロック図同装置の動作を説明するフロー図同装置のバッテリのＳＯＣが閾値よりも大きいときに冷房運転を開始する場合の動作を説明するタイミング図同装置のバッテリのＳＯＣが閾値よりも小さいときに冷房運転を開始する場合の動作を説明するタイミング図同装置のモータでコンプレッサを駆動中に冷房運転を終了する場合の動作を説明するタイミング図同装置のエンジンでコンプレッサを駆動中に冷房運転を終了する場合の動作を説明するタイミング図

以下、本発明の一実施の形態の車両制御装置について、図面を用いて説明する。

図１は、本発明の一実施の形態における車両制御装置の構成を示すブロック図である。図１において、エンジン１は車両に搭載されており、エンジン１の出力軸には、エンジンプーリ２が接続されており、プーリベルト３を介してエンジン１の回転力を補機類に伝達している。補機類としては、発電機６、車室内空調用のコンプレッサ７に加え、図示しないがエンジン冷却水を循環させるためのウォーターポンプ、エンジンオイルポンプ、パワーステアリングオイルポンプなどがある。発電機６は、プーリベルト３と、発電機６の出力軸に接続された発電機プーリ４を介して伝達されるエンジンの回転力にもとづき、運動エネルギーを電気エネルギーに変換した後、バッテリ８へ蓄電する。発電機６は、ロータ、ステータからなる回転部、ロータの界磁コイルに流す電流量を制御するレギュレータ部、ステータからの三相交流出力を直流出力に変換する整流部からなるオルタネータである。コントローラ１１からの指令にもとづき、界磁コイルに流す電流量を変えることによってロータの磁束密度を変化させ、出力電圧を所望の値に調整する。コンプレッサ７は、車室内を冷房するために形成される冷凍サイクルにおいて、冷媒を圧縮するためのデバイスである。コンプレッサ７は、プーリベルト３と、コンプレッサ７の出力軸に接続されたコンプレッサプーリ５を介して伝達されるエンジン１の回転力に基づいて冷媒を圧縮する。コンプレッサプーリ５とコンプレッサ７の間には、コンプレッサクラッチ１０が備えられており、ユーザの冷房要求に対して冷媒の圧縮が必要な場合は、コンプレッサクラッチ１０を締結して、エンジン１によりコンプレッサ７を動作させ、冷媒を圧縮する。逆に冷媒の圧縮が不要な場合は、コンプレッサクラッチ１０を開放してコンプレッサ７の動作を停止する。コンプレッサ７は、上記のようなエンジン１による駆動に加え、コンプレッサ駆動モータ７ａを内蔵しており、電気によっても駆動する、２ウェイタイプのコンプレッサである。発電機６、あるいは、バッテリ８の直流電流を入力として、インバータ９がコンプレッサ駆動モータ７ａの駆動に必要な三相交流電流を生成し、それをコンプレッサ駆動モータ７ａに供給することでコンプレッサ７を作動して冷媒を圧縮する。コントローラ１１は、装置全体を制御し、エンジン1、発電機６、バッテリ８、インバータ９、エアコンスイッチ１２、車速センサ１３からの入力信号にもとづき、発電機６、インバータ９、コンプレッサクラッチ１０を制御する。

次に、以上のように構成された車両制御装置について、以下にその動作を説明する。本実施形態の車両制御装置の特徴は、空調用のコンプレッサとして２ウェイコンプレッサを適用し、コンプレッサ駆動源（エンジン駆動、バッテリ駆動）の切替え、コンプレッサ駆動モータのトルク制御、発電機の発電トルク、コンプレッサクラッチの締結手順を工夫することにより、コンプレッサの運転開始・終了時に伴うエンジン１のトルク変化を軽減し、ドライバビリティの悪化を回避することにある。以下、図面を用いて説明する。

図２は、車両制御装置の動作を説明するフロー図である。まずステップ２０１では、エアコンスイッチ１２の状態を検知する。エアコンスイッチ１２がＯＮであれば、ステップ２０２に進み、エアコンスイッチ１２がＯＦＦであればそのまま処理を終了する。ステップ２０２では、バッテリ８のＳＯＣ（ＳｔａｔｅＯｆＣｈａｒｇｅ：バッテリの全容量に対する充電率）と予め設定した閾値ＳＯＣｔｈ１の比較を行う。ここで、ＳＯＣｔｈ１は、コンプレッサ７をコンプレッサ駆動モータで駆動するに際して、少なくともコンプレッサ駆動モータ７ａを１回始動するのに必要な電気エネルギー量に基づき決定しておく。バッテリ８のＳＯＣがＳＯＣｔｈ１よりも大きい場合はステップ２０３に進み、コンプレッサ駆動モータ７ａでコンプレッサ７を始動する。具体的には、バッテリ８の直流電流を、インバータ９で三相交流電流に変換し、それをコンプレッサ駆動モータ７ａに供給することによってコンプレッサ７を始動する。一方、バッテリ８のＳＯＣがＳＯＣｔｈ１よりも大きくない場合はステップ２０４に進む。ステップ２０４では、発電機６の発電トルクを徐々に増加させる。具体的には、発電機６の界磁コイルに流す電流量を徐々に増加させて発電機６の出力電圧を上昇させ、バッテリ８への充電電流を徐々に増加させることで、結果として発生する発電トルクが漸増することとなる。次にステップ２０５では、発電した電気エネルギーをバッテリ８に充電する。ステップ２０６では、ステップ２０２同様、バッテリ８のＳＯＣとＳＯＣｔｈ１との比較を行い、ＳＯＣがＳＯＣｔｈ１よりも大きければステップ２０３に進む。そうでなければステップ２０５に戻り、引き続き発電と充電を行う。以上のように制御することにより、エアコンスイッチ１２がＯＮされた時点でのバッテリ８の充電状態に関わらず、コンプレッサ駆動モータ７ａによってコンプレッサ６を始動させるので、エンジン１でコンプレッサ７を始動するときのようなエンジン１のトルク変動が発生しない。また、ステップ２０４で発電動作を行うが、発電機６の発電トルクを徐々に増加させることで、エンジン１の急激なトルク変動を回避する。よって、エアコンスイッチ１２がＯＮとなり冷房を開始する際にドライバビリティを損なうことがない。

ステップ２０７からステップ２１２までは、コンプレッサ７の始動後、継続して冷房運転を行うときのコントローラ１１の制御である。車両発進時、低速走行時を含むエンジン低回転時はエンジン１の運転効率が悪いので、コンプレッサ駆動モータ７ａでコンプレッサ７を駆動し、高回転時はエンジン１の運転効率が良く、またコンプレッサ駆動モータ７ａを駆動するバッテリ８の蓄電量は有限であるため、エンジン１の回転力でコンプレッサ7を駆動する。ステップ２０７では、車速センサ１３で検出した車速が予め設定した閾値Ｖｔｈより小さく、かつバッテリ８のＳＯＣが予め設定した閾値ＳＯＣｔｈ２より大きければ、ステップ２０８に進み、コンプレッサ駆動モータ７ａでコンプレッサ７を駆動する。車速が予め設定した閾値Ｖｔｈより大きい、あるいは、バッテリ８のＳＯＣが予め設定した閾値ＳＯＣｔｈ２より小さい場合はステップ２０９に進む。ステップ２０９では、コンプレッサクラッチ１０がすでにコンプレッサ７へ締結されているか否かを判断する。締結されていない場合、ステップ２１０に進み、コンプレッサクラッチ１０をコンプレッサ７へ締結する。この時点ではコンプレッサ駆動モータ７ａによりコンプレッサ７を駆動しており、かつエンジン１の回転数も高い状態なので、コンプレッサクラッチ１０の締結がもたらすエンジン１のトルク変動は小さい。次に、ステップ２１１において、コンプレッサ駆動モータ７ａの駆動トルクを漸減させて最終的にはゼロとし、コンプレッサ７をエンジン１の回転力のみによって駆動するようにする。駆動トルクを徐々に減少させることで、エンジン１の急激なトルク変動を回避する。一方、ステップ２０９において、コンプレッサクラッチ１０がすでにコンプレッサ７へ締結されている場合は、ステップ２１２に進み、引き続きプーリベルト３を介してエンジン１の回転力でコンプレッサ７を駆動する。以上のように制御することで、コンプレッサ７をコンプレッサ駆動モータ７ａによる駆動からエンジン１による駆動に切り替える際においてもドライバビリティを損なうことがない。

ステップ２１３からステップ２１８では、エアコンスイッチ１２がＯＦＦとなり冷房運転を終了するときのコントローラ１１の制御である。ステップ２１３では、エアコンスイッチ１２の状態を検知する。エアコンスイッチ１２がＯＮのままであればステップ２１８に進み、エンジン１が停止されればそのまま処理を終了するが、そうでなければステップ２０７に戻って処理を継続する。一方、ステップ２１３でエアコンスイッチがＯＦＦであれば、ステップ２１４に進む。ステップ２１４では、コンプレッサ７をコンプレッサ駆動モータ７ａで駆動していればステップ２１５に進み、コンプレッサ駆動モータ７ａで駆動しているコンプレッサ７の運転を停止して処理を終了する。一方、ステップ２１４において、エンジン１でコンプレッサ７を駆動している場合は、ステップ２１６に進む。ステップ２１６では、コンプレッサ駆動モータ７ａの駆動トルクを徐々に増加させ、次にステップ２１７でコンプレッサクラッチ１０を開放する。これにより、コンプレッサ７はバッテリ８のみで駆動されることになる。さらにステップ２１５で、コンプレッサ駆動モータ７ａのみで駆動しているコンプレッサ７の運転を停止し、処理を終了する。以上のような制御にもとづいて冷房運転の停止を行うことによって、コンプレッサ７をコンプレッサ駆動モータ７ａのみで駆動している場合はそもそもエンジン１に対するトルクの影響はないし、コンプレッサ７をエンジン１のみで駆動している場合でも、いったんコンプレッサ駆動モータ７ａでも駆動した後にコンプレッサクラッチ１０を開放することにより、クラッチ開放に伴うドライバビリティの悪化を回避することができる。

図３から図６は、車両制御装置を図２のフロー図のように制御したときのタイミングチャートである。以下、それぞれの図について説明する。

図３は、バッテリ８のＳＯＣが閾値ＳＯＣｔｈ１よりも大きいときに冷房運転を開始する場合（ステップ２０２で判定がＹＥＳの場合）におけるタイミング図である。コンプレッサ７をコンプレッサ駆動モータ７ａで始動する電気エネルギーがバッテリ８にあるため、エアコンスイッチ１２がＯＮになったとき（時刻Ｔ１）に、インバータ９によりコンプレッサ駆動モータ７ａを始動してコンプレッサ７の運転を開始する。このとき、バッテリ８のＳＯＣが低下し、コンプレッサ駆動モータ７ａの駆動トルクが発生する。一方、コンプレッサクラッチ１０は開放されたままであり、エンジン１のトルクに変化はなく、発電機６の発電トルクはゼロのままである。その後、車速が上昇して閾値Ｖｔｈを超えると（時刻Ｔ２）、コンプレッサ７の運転をバッテリ８による駆動からエンジン１による駆動に切り替える。エンジン１とコンプレッサ７をコンプレッサクラッチ１０で締結した後、コンプレッサ駆動モータ７ａの駆動トルクを漸減することによって、エンジン１のトルクも漸減するため、ドライバビリティを損なうことがない（時刻Ｔ２〜Ｔ３）。

図４は、バッテリ８のＳＯＣが閾値ＳＯＣｔｈ１より小さいときに冷房運転を開始する場合（ステップ２０２で判定がＮＯの場合）におけるタイミング図である。コンプレッサ７をコンプレッサ駆動モータ７ａで始動するだけの電気エネルギーがバッテリ８にないため、エアコンスイッチ１２がＯＮになったとき（時刻Ｔ１）に、まず発電機６を作動させ、発電された電気エネルギーをバッテリ８に蓄電する。このとき、コントローラ１１は発電機６の発電トルクが所定値まで漸増するように発電機６の出力電圧を制御することによって、バッテリ８のＳＯＣは漸増、エンジン１のトルクは漸減する。その後も一定の発電トルクで、発電機６の発電とバッテリ８の充電を継続し（時刻Ｔ２〜Ｔ３）、バッテリ８のＳＯＣが閾値ＳＯＣｔｈ１よりも大きくなったとき（時刻Ｔ３）、インバータ９によりコンプレッサ駆動モータ７ａを始動してコンプレッサ７の運転を開始する。このとき、バッテリ８のＳＯＣが低下し、コンプレッサ駆動モータ７ａの駆動トルクが発生する。一方、コンプレッサクラッチ１０は開放されたままであり、エンジン１のトルク、発電機６の発電トルクは時刻Ｔ２の時点のまま変化はない。その後、車速が上昇して閾値Ｖｔｈを超えると（時刻Ｔ４）、コンプレッサ７の運転をコンプレッサ駆動モータ７ａによる駆動か
らエンジン１による駆動に切り替える。エンジン１とコンプレッサ７をコンプレッサクラッチ１０で締結した後、コンプレッサ駆動モータ７ａの駆動トルクを漸減することによって、エンジン１のトルクも漸減するため、ドライバビリティを損なうことがない（時刻Ｔ４〜Ｔ５）。

図５は、冷房運転を行っている最中にエアコンスイッチ１２がＯＦＦとなって冷房運転を終了する処理において、コンプレッサ駆動モータ７ａでコンプレッサ７を駆動している場合（ステップ２１４で判定がＹＥＳの場合）におけるタイミング図である。図５において、エアコンスイッチ１２がＯＮからＯＦＦに切り替わると、コントローラ１１がインバータ９に対してコンプレッサ駆動モータ７ａの運転停止を指示することにより、コンプレッサ７は運転を停止する（時刻Ｔ１）。これに伴い、バッテリ８は放電がなくなりＳＯＣは一定に保たれ、コンプレッサ駆動モータ７ａの駆動トルクもゼロになる。コンプレッサクラッチ１０は開放のまま変化がなく、エンジン１のトルク、発電機６の発電トルクにも変化がないため、ドライバビリティを損なうことがない
図６は、冷房運転を行っている最中にエアコンスイッチ１２がＯＦＦとなって冷房運転を終了する処理において、エンジン１でコンプレッサ７を駆動している場合（ステップ２１４で判定がＮＯの場合）におけるタイミング図である。図６において、エアコンスイッチ１２がＯＮからＯＦＦに切り替わると、コントローラ１１はインバータ９に対してコンプレッサ駆動モータ７ａの始動を指示し（時刻Ｔ１）、さらにコンプレッサ駆動モータ７ａの駆動トルクを漸増させる（時刻Ｔ１〜Ｔ２）。このとき、コンプレッサ７の負荷はコンプレッサ駆動モータ７ａによっても駆動されることとなり、これに伴いエンジン１のトルクはコンプレッサ７の負荷が漸減した分だけ漸増する。そして、エンジン１によって駆動されるコンプレッサ７の回転数とコンプレッサ駆動モータ７ａの回転数が略同一になったらコンプレッサクラッチ１０を開放する（時刻Ｔ３）。これによって、コンプレッサ７はバッテリ８のみによって駆動された状態となる。次に、コントローラ１１はインバータ９に対してコンプレッサ駆動モータ７ａの運転停止を指示することにより、コンプレッサ７は運転を停止する（時刻Ｔ４）。これに伴い、バッテリ８は以降の放電がなくなりＳＯＣは一定に保たれ、コンプレッサ駆動モータ７ａの駆動トルクもゼロになる。コンプレッサクラッチ１０は開放のまま変化がなく、エンジン１のトルク、発電機６の発電トルクにも変化がないため、ドライバビリティを損なうことがない
以上のように、本実施の形態の車両制御装置によれば、コントローラ１１がコンプレッサ７の動作を開始させる時、バッテリ８の充電率が閾値より大きい場合は、モータ７ａを駆動し、バッテリ８の充電率が閾値より小さい場合は、発電機６のトルクを漸増して発電し、バッテリ８の充電率が閾値より大きくなったときに、インバータ９からの電力によりモータ７ａを駆動してコンプレッサ７を作動する制御を行うので、バッテリの容量や車両の走行状態によらず、コンプレッサの運転開始時のドライバビリティを良くすることができる。また、コンプレッサ７の動作を停止させる時、コンプレッサクラッチ１０が締結され、コンプレッサ７がエンジン１の回転力によって動作している場合、モータ７ａのトルクを漸増させた後にコンプレッサクラッチ１０を開放し、コンプレッサ７の動力源をエンジン１の回転力からモータ７ａへ切り替えた後、モータ７ａの駆動を停止してコンプレッサ７の動作を停止させるので、バッテリの容量や車両の走行状態によらず、コンプレッサの停止時のドライバビリティを良くすることができる。

なお、以上の説明では、発電機を、発電機能のみをもつデバイスとしたが、これを駆動機能も兼ね備えた電動機、所謂モータジェネレータとした場合についても同様に実施可能である。

以上のように、本発明は、制御手段がコンプレッサの動作を開始させる時、バッテリの充電率が閾値より大きい場合は、インバータからの電力によりモータを駆動してコンプレ
ッサを作動し、バッテリの充電率が閾値より小さい場合は、発電機のトルクを漸増して発電し、バッテリの充電率が閾値より大きくなったときに、インバータからの電力によりモータを駆動してコンプレッサを作動するので、バッテリの容量や車両の走行状態によらず、コンプレッサの運転開始時のドライバビリティを良くすることができるという効果を有し、車両制御装置として有用である。

１エンジン
６発電機
７コンプレッサ
７ａコンプレッサ駆動モータ
８バッテリ
９インバータ
１０コンプレッサクラッチ
１１コントローラ

Claims

エンジンと、
前記エンジンの出力軸に接続され前記エンジンの回転力により発電を行う発電機と、
前記発電機の電力を蓄えるバッテリと、
前記発電機または前記バッテリから電力が供給されるインバータと、
前記インバータから電力が供給されるモータと、
前記エンジンの出力軸に接続され、前記エンジンの回転力により、あるいは、前記モータの駆動により動作を行うコンプレッサと、
前記エンジンの出力軸と前記コンプレッサの間に設置され、前記エンジンの回転力を前記コンプレッサへ伝達および切断を行うクラッチと、
前記発電機、前記バッテリ、前記インバータ、前記クラッチに接続されている制御手段とを備えた車両制御装置において、
前記制御手段は、前記コンプレッサの動作を開始させる時、前記バッテリの充電率が閾値より大きい場合は、前記インバータからの電力により前記モータを駆動して前記コンプレッサを作動し、前記バッテリの充電率が閾値より小さい場合は、前記発電機のトルクを漸増して発電し、前記バッテリの充電率が閾値より大きくなったときに、前記インバータからの電力により前記モータを駆動して前記コンプレッサを作動することを特徴とする車両制御装置。
前記制御手段は、前記インバータからの電力により前記モータで前記コンプレッサを駆動した後、前記バッテリの充電率が閾値より小さくなった場合、または、車両の速度が閾値より大きくなった場合、前記クラッチを締結した後に、前記モータのトルクを漸減することを特徴とする請求項１記載の車両制御装置。
前記制御手段は、前記コンプレッサの動作を停止させる時、前記クラッチが締結され、前記コンプレッサが前記エンジンの回転力によって動作している場合、前記モータのトルクを漸増させた後に前記クラッチを開放し、前記コンプレッサの動力源を前記エンジンの回転力から前記モータへ切り替えた後、前記モータの駆動を停止してコンプレッサの動作を停止させることを特徴とする請求項１記載の車両制御装置。