JP2011213327A - ハイブリッド車両 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、蓄電手段の状態に応じて動作中のエンジンを停止可能な車速を設定し、エンジンを停止する過程において蓄電手段からの過剰な電力の放出を防止し、蓄電手段の劣化を抑制し得るハイブリッド車両を実現することを目的としている。
【解決手段】このため、エンジンとモータジェネレータとから発生する動力を、動力伝達機構を介して、駆動軸に出力するハイブリッド車両において、モータジェネレータと電力のやり取りが可能な蓄電手段を備え、車両速度を検出する車両速度検出手段を備え、エンジンを作動した状態で、車両速度検出手段により検出された車速が、蓄電手段の値に応じて設定されるエンジン停止許可速度より大きい時には、エンジンの停止制御を禁止する。
【選択図】図１

Description

この発明はハイブリッド車両に係り、特に蓄電手段の状態に応じてエンジンの停止可能車速を設定し、蓄電手段からの過剰な電力の放出を防止して蓄電手段の劣化の抑制を図るハイブリッド車両に関するものである。
そして、目標とする駆動力を出力するために、複数の動力源を制御する方策に関する。

ハイブリッド車両は、燃費向上を目的として、動力源としてエンジンの他にモータジェネレータを備えたものである。
そして、ハイブリッド車両においては、エンジンとモータの配置や動力伝達機構の違いにより様々な方式が存在し、エンジンとエンジンに連なる２つのモータジェネレータと２つのモータジェネレータの間に配置した１つの遊星歯車機構とを備えたハイブリッド車両や、エンジンとエンジンに連なる２つのモータジェネレータと２つのモータジェネレータの間に配置した２つの遊星歯車機構とを備えたハイブリッド車両等が知られている。

特開２０００−２３３１０号公報 特開２００４−３４３９３５号公報 特開２００７−１３１１０３号公報

ところで、従来、主に燃費向上を図るためのハイブリッド車両としては、例えば特許文献３に開示されるものがある。
この特許文献３に開示されるものは、蓄電手段（「バッテリ」ともいう。）の入力制限に基づいてエンジンの間欠運転を禁止する車速の閾値を設定し、車速がこの閾値以上である場合には、エンジンの間欠運転を禁止するように制御している。
これにより、走行に要求されるパワーが小さい場合にエンジンを始動させようとする際、一方のモータジェネレータである第１モータジェネレータ（「ＭＧ１」とも記載する。）で発電される電力が他方のモータジェネレータである第２モータジェネレータ（「ＭＧ２」とも記載する。）で消費しきれなくなり、バッテリの入力制限以上に電力が入力されるのを防ぐことができ、バッテリの劣化を抑制することができる。
しかし、従来技術では、エンジンを停止する際の電力の授受については何ら考慮がされていない。
つまり、上述した特許文献３に開示されるハイブリッド車両では、車両速度がある車速以上になると、エンジン停止時のエンジン・モータジェネレータの持つ運動エネルギが、エンジン作動時に比して大きくなってしまうため、エンジンを停止するのに電力を消費してしまう。
この結果、バッテリの劣化状態によっては、エンジンを停止させようとする際に過剰に電力が消費されてしまい、バッテリの劣化を促進させてしまうという不都合がある。

この発明の目的は、蓄電手段の状態に応じて動作中のエンジンを停止可能な車速を設定し、エンジンを停止する過程において蓄電手段からの過剰な電力の放出を防止し、蓄電手段の劣化を抑制し得るハイブリッド車両を実現することにある。

そこで、この発明は、上述不都合を除去するために、エンジンとモータジェネレータとから発生する動力を、動力伝達機構を介して、駆動軸に出力するハイブリッド車両において、前記モータジェネレータと電力のやり取りが可能な蓄電手段を備え、車両速度を検出する車両速度検出手段を備え、前記エンジンを作動した状態で、前記車両速度検出手段により検出された車速が、前記蓄電手段の値に応じて設定されるエンジン停止許可速度より大きい時には、前記エンジンの停止制御を禁止していることを特徴とする。

以上詳細に説明した如くこの発明によれば、エンジンとモータジェネレータとから発生する動力を、動力伝達機構を介して、駆動軸に出力するハイブリッド車両において、モータジェネレータと電力のやり取りが可能な蓄電手段を備え、車両速度を検出する車両速度検出手段を備え、エンジンを作動した状態で、車両速度検出手段により検出された車速が、蓄電手段の値に応じて設定されるエンジン停止許可速度より大きい時には、エンジンの停止制御を禁止している。
従って、蓄電手段（「バッテリ」ともいう。）の状態に応じて、動作中のエンジンを停止可能な車速が設定されるので、エンジンを停止する過程において、前記蓄電手段から過剰に電力が放出されることはない。
これにより、バッテリ（特に、駆動用高電圧バッテリ）の劣化を抑制することが可能である。

図１はハイブリッド車両の制御用フローチャートである。（実施例） 図２はハイブリッド車両のシステム構成図である。（実施例） 図３はエンジン停止許可車速検索マップを示す図である。（実施例） 図４はエンジン作動時／停止時におけるエンジン・モータジェネレータの持つ運動エネルギを示す図である。（実施例） 図５はエンジンを作動状態から停止状態にする際に消費される電力を示す図である。（実施例） 図６はエンジン作動時とエンジン停止時との各々の回転速度の関係を示す図である。（実施例）

以下図面に基づいてこの発明の実施例を詳細に説明する。

図１〜図６はこの発明の実施例を示すものである。
図２において、１はハイブリッド車両（図示せず）の制御装置である。
このとき、ハイブリッド車両は、エンジン２とモータジェネレータとから発生する動力を、後述する動力伝達機構２８を介して、駆動軸７に出力する。
つまり、前記ハイブリッド車両の制御装置１は、駆動系として、燃料の燃焼により駆動力を発生させるエンジン２の出力軸３と、電気により駆動力を発生するとともに駆動により電気エネルギを発生する第１モータジェネレータ（「ＭＧ１」とも記載する。）４及び第２モータジェネレータ（「ＭＧ２」とも記載する。）５と、ハイブリッド車両の駆動輪６に接続される駆動軸７と、出力軸３、第１モータジェネレータ４、第２モータジェネレータ５、駆動軸７にそれぞれ連結された動力伝達機構２８の第１遊星歯車機構８及び第２遊星歯車機構９とを備えている。

前記エンジン２は、アクセルペダルの踏み込み量やエンジン要求に対応して吸入する空気量を調整するスロットルバルブ等の空気量調整手段（図示せず）と、吸入する空気量に対応する燃料を供給する燃料噴射弁等の燃料供給手段（図示せず）と、燃料に着火する点火装置等の着火手段（図示せず）とを備えている。
また、前記エンジン２は、空気量調整手段と燃料供給手段と着火手段とにより燃料の燃焼状態を制御され、燃料の燃焼により駆動力を発生する。

前記第１モータジェネレータ４は、第１モータロータ軸１０と第１モータロータ１１と第１モータステータ１２とを備えている。
前記第２モータジェネレータ５は、第２モータロータ軸１３と第２モータロータ１４と第２モータステータ１５とを備えている。
また、前記第１モータジェネレータ４の第１モータステータ１２は、第１インバータ１６に接続されている。
更に、前記第２モータジェネレータ５の第２モータステータ１５は、第２インバータ１７に接続されている。
そして、前記第１モータジェネレータ４と前記第２モータジェネレータ５とは、それぞれ第１インバータ１６と第２インバータ１７との電源端子により蓄電手段であるバッテリ１８から供給される電気量を制御され、供給される電気により駆動力を発生するとともに、前記駆動輪６からの回生時の駆動により電気エネルギを発生してバッテリ１８を充電する。
つまり、前記蓄電手段であるバッテリ１８は、前記第１モータジェネレータ４及び前記第２モータジェネレータ５と電力のやり取りが可能である。

また、前記第１遊星歯車機構８は、第１サンギヤ１９と、この第１サンギヤ１９に噛み合う第１プラネタリギア２０を支持する第１プラネタリキャリア２１と、第１プラネタリギア２０に噛み合う第１リングギア２２とを備えている。
前記第２遊星歯車機構９は、第２サンギア２３と、この第２サンギア２３に噛み合う第２プラネタリギア２４を支持する第２プラネタリキャリア２５と、第２プラネタリギア２４に噛み合う第２リングギア２６とを備えている。
そして、前記第１遊星歯車機構８と前記第２遊星歯車機構９とは、各回転要素の回転中心線を同一軸上に配置し、前記エンジン２と前記第１遊星歯車機構８との間に前記第１モータジェネレータ４を配置し、前記第２遊星歯車機構９のエンジン２から離れる側に前記第２モータジェネレータ５を配置している。
このとき、前記第１モータジェネレータ４は、主に前記バッテリ１８の充電用に動作される。
また、前記第２モータジェネレータ５は、単独出力のみでハイブリッド車両を走行させることができる性能を備え、主にハイブリッド車両の走行用に動作される。
前記第１遊星歯車機構８の第１サンギア１９には、前記第１モータジェネレータ４の第１モータロータ軸１０を接続している。
また、前記第１遊星歯車機構８の第１プラネタリキャリア２１と前記第２遊星歯車機構９の第２サンギア２３とは、結合してエンジン２の出力軸３に接続している。
更に、前記第１遊星歯車機構８の第１リングギア２２と前記第２遊星歯車機構９の第２プラネタリキャリア２５とは、結合して出力ギア筒の出力部２７に連結するとともにこの出力部２７を歯車やチェーン等の動力伝達機構２８を介して前記駆動軸７に接続している。
このとき、前記第２遊星歯車機構９の第２リングギア２６には、前記第２モータジェネレータ５の第２モータロータ軸１３を接続している。
これにより、ハイブリッド車両の駆動系においては、前記エンジン２と前記第１モータジェネレータ４と前記第２モータジェネレータ５と前記駆動軸７との間で、駆動力の授受を行う。

前記エンジン２の空気量調整手段と燃料供給手段と着火手段と、前記第１モータジェネレータ４の第１インバータ１６と、前記第２モータジェネレータ５の第２インバータ１７とは、前記制御装置１の制御系である駆動制御部２９に接続されている。
この駆動制御部２９は、前記エンジン２の回転速度、例えば車両速度を検出する車両速度検出手段３０を備えている。
なお、前記エンジン２と前記第１、第２モータジェネレータ４、５とのトルクの組み合わせは、無数に存在するため、前記バッテリ１８の充電状態や、ハイブリッド車両の走行状態によって、それぞれのトルク配分を決定し、エンジントルクが必要ない場合には、エンジン２を停止して燃費の向上を図る。

また、前記ハイブリッド車両の制御装置１における駆動制御部２９は、前記エンジン２を作動した状態で、前記車両速度検出手段３０により検出された車速が、前記蓄電手段であるバッテリ１８の値に応じて設定されるエンジン停止許可速度より大きい時には、前記エンジン２の停止制御を禁止する構成を有している。
詳述すれば、この発明の実施例においては、高電圧バッテリの出力制限値に応じてエンジン停止許可車速を設定するものである。
そして、車速がエンジン停止許可車速より大きい場合は、車速に基づいたエンジン停止を禁止し、逆に、車速がエンジン停止許可車速より小さい場合は、車速に基づいたエンジン停止を許可する。
なお、車速がエンジン停止許可車速と等しい場合は、例えば車速がエンジン停止許可車速より小さい場合と同様に、車速に基づいたエンジン停止を許可する処理とする。
更に、この車速に基づいたエンジン停止判定結果と他の条件に基づいたエンジン停止判定結果とからエンジン作動／停止を判定する。
また、エンジン停止許可速度は、エンジンを作動状態から停止状態にする際に出力制限値を超えない車速に設定する。

追記すれば、前記ハイブリッド車両の制御装置１は、前記エンジン２を作動した状態で、駆動制御部２９に前記車両速度検出手段３０により検出された車速と、前記バッテリ１８の出力制限値を取り込み、図３のエンジン停止許可車速検索マップ（単に「検索マップ」ともいう。）から前記バッテリ１８の出力制限値に応じてエンジン停止許可車速を算出する。
そして、車速がエンジン停止許可速度より大きい時に、前記エンジン２の停止制御を禁止するものである。
従って、蓄電手段である前記バッテリ１８の状態に応じて、動作中のエンジン２を停止可能な車速が設定されるので、エンジン２を停止する過程において、前記バッテリ１８から過剰に電力が放出されることはない。
これにより、バッテリ１８（特に、駆動用高電圧バッテリ）の劣化を抑制することが可能である。

また、上述したエンジン停止許可車速検索マップは、以下のように決定する。
図４はエンジン作動時／停止時におけるエンジン・モータジェネレータの持つ運動エネルギを夫々示している。
そして、これらのエンジン・モータジェネレータの持つ運動エネルギは、以下の式１によって求めることができる。

更に、この式１による計算結果と以下の式２から、エンジン２を作動状態から停止状態にする際に消費される電力を図５の通り求める。
この計算結果がプラスの値の場合、エンジン２を作動状態から停止状態にするのに電力が消費されることを示しており、この値が出力制限値を越えないような車速をエンジン停止許可車速検索マップとし、図３を決定する。

例えば、出力制限値がＡ［電力（Ｗ）］の点においては、図５においてＡ［電力（Ｗ）］となるＢ［車速（ｋｍ／ｈ）］、またはＢ［車速（ｋｍ／ｈ）］以下の値をエンジン停止許可車速検索マップである図３に設定する。
また、図５について追記すれば、車両速度Ｃにおいて、バッテリ１８に入出力される電力量（すなわち、充放電量）が０（ゼロ）となる。
このＣ点より車両速度が大きい場合には、バッテリ１８から電力が持ち出される（すなわち、放電状態）。
逆に、上記のＣ点より車両速度が小さい場合には、バッテリ１８に電力が供給される（すなわち、充電状態）。
上述している「エンジン停止許可車速」は、この図５においてＢ［車速（ｋｍ／ｈ）］位置である。

なお、エンジン作動時及びエンジン停止時の各々の回転速度の関係を図６に開示する。
このとき、ｋ１は、エンジン−出力軸間を１とした場合のＭＧ１−エンジン間のレバー比であり、ｋ２は、エンジン−出力軸間を１とした場合の出力軸−ＭＧ２間のレバー比である。

また、前記蓄電手段である前記バッテリ１８の値は、このバッテリ１８から出力される電力値を制限する値である。
従って、特別な算出手段を用いることなく設定可能な値である。

更に、前記蓄電手段である前記バッテリ１８の値は、このバッテリ１８の温度、あるいは充電状態を示した値である。
従って、特別な検出手段を用いることなく設定可能な値である。

次に、図１のハイブリッド車両の制御用フローチャートに沿って作用を説明する。

このハイブリッド車両の制御用プログラムがスタート（１０１）する。
なお、この制御用プログラムのルーチンは周期的に実行される。
そして、スタート（１０１）の後、このハイブリッド車両の制御装置１の制御に用いる前記車両速度検出手段３０により検出された車速と、前記バッテリ１８の出力制限値を取り込む処理（１０２）に移行する。
この車速とバッテリ１８の出力制限値とを取り込む処理（１０２）の後には、図３のエンジン停止許可車速検索マップからエンジン停止許可車速を算出する処理（１０３）に移行する。
この処理（１０３）においては、図３に示すエンジン停止許可車速検索マップから前記バッテリ１８の出力制限値に応じてエンジン停止許可車速を算出する処理である。
また、上述の図３のエンジン停止許可車速検索マップからエンジン停止許可車速を算出する処理（１０３）の後には、車速とエンジン停止許可車速とから車速に基づいたエンジン停止の禁止／許可を判定する処理（１０４）に移行する。
この処理（１０４）において、車速がエンジン停止許可車速より大きい場合は、車速に基づいたエンジン停止を禁止し、逆に、車速がエンジン停止許可車速より小さい場合は、車速に基づいたエンジン停止を許可する処理を行う。
更に、上述の車速とエンジン停止許可車速とから車速に基づいたエンジン停止の禁止／許可を判定する
処理（１０４）の後には、車速に基づいたエンジン停止判定結果と他の条件に基づいたエンジン停止判定結果とからエンジンの作動／停止を判定する処理（１０５）に移行する。
この処理（１０５）は、上述した車速とエンジン停止許可車速とから車速に基づいたエンジン停止の禁止／許可を判定する処理（１０４）で算出した車速に基づいたエンジン停止判定結果と、車両駆動パワー、バッテリＳＯＣ（「バッテリ充電状態」）などの他の条件に基づいたエンジン停止判定結果とからエンジン２の作動／停止を判定する処理である。
そして、この車速に基づいたエンジン停止判定結果と他の条件に基づいたエンジン停止判定結果とからエンジンの作動／停止を判定する処理（１０５）の後には、リターン（１０６）に移行する。

１ ハイブリッド車両の制御装置
２ エンジン
３ 出力軸
４ 第１モータジェネレータ（「ＭＧ１」とも記載する。）
５ 第２モータジェネレータ（「ＭＧ２」とも記載する。）
６ 駆動輪
７ 駆動軸
８ 第１遊星歯車機構
９ 第２遊星歯車機構
１６ 第１インバータ
１７ 第２インバータ
１８ バッテリ
２７ 出力部
２８ 動力伝達機構
２９ 駆動制御部
３０ 車両速度検出手段

Claims (3)

1. エンジンとモータジェネレータとから発生する動力を、動力伝達機構を介して、駆動軸に出力するハイブリッド車両において、前記モータジェネレータと電力のやり取りが可能な蓄電手段を備え、車両速度を検出する車両速度検出手段を備え、前記エンジンを作動した状態で、前記車両速度検出手段により検出された車速が、前記蓄電手段の値に応じて設定されるエンジン停止許可速度より大きい時には、前記エンジンの停止制御を禁止していることを特徴とするハイブリッド車両。
2. 前記蓄電手段の値は、この蓄電手段から出力される電力値を制限する値であ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。
3. 前記蓄電手段の値は、この蓄電手段の温度、あるいは充電状態を示した値であ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。

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