JP2011230662A - ハイブリッド車両の制御装置およびそれを備えるハイブリッド車両 - Google Patents

ハイブリッド車両の制御装置およびそれを備えるハイブリッド車両 Download PDF

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Abstract

【課題】ハイブリッド車両において、EV走行を拡大し、かつ、無負荷運転時に発生し得るドライバビリティの悪化を防止する。
【解決手段】Wout制御部154は、走行モードがCDモードであり、かつ、エンジンENGが停止しているとき、放電許容電力WoutをW0よりも大きいW1に拡大する。エンジン動作判定部156は、走行モードがCSモードのとき、エンジンENGを負荷運転とするか否かをW0に基づいて判定し、走行モードがCDモードのときはW1に基づいて判定する。ここで、エンジンENGが無負荷運転のときは、エンジン動作判定部156は、走行モードがCDモードであっても、エンジンENGを負荷運転とするか否かをW0に基づいて判定する。
【選択図】図3

Description

この発明は、ハイブリッド車両の制御装置およびそれを備えるハイブリッド車両に関し、特に、内燃機関および電動機を動力源として搭載するハイブリッド車両の制御装置およびそれを備えるハイブリッド車両に関する。
環境に配慮した車両としてハイブリッド車両(Hybrid Vehicle)が注目されている。ハイブリッド車両は、従来の内燃機関に加え、蓄電装置とインバータとインバータによって駆動される電動機とを車両走行用の動力源として搭載する。
特開2009−166513号公報(特許文献1)は、このようなハイブリッド車両において、蓄電装置の過放電を確実に抑制する手法を開示する。このハイブリッド車両においては、各種センサ出力に基づく要求駆動力に応じてHV走行モードとEV走行モードとが切替えられる。EV走行モードの実行中にHV走行モードへの切替要求があると、蓄電装置からの電力を受けるモータジェネレータによりエンジンがクランキングされてエンジンが始動する。そして、蓄電装置の電圧が下限電圧を下回らないように放電許容電力Woutが導出され、その導出された放電許容電力Woutをモータ消費パワーが超えないようにトルク指令値Trefが調整される。ここで、HV走行モードへの切替要求後の所定時間内にアクセル開度が所定の基準値に達した場合には、下限電圧が一時的に嵩上げされる。
このハイブリッド車両によれば、蓄電装置を過放電から確実に保護することができ、その結果、蓄電装置の充放電能力を十分に発揮させて、車両の走行性能および燃費性能を向上させることが可能となる(特許文献1参照)。
特開2009−166513号公報
ハイブリッド車両については、できる限り内燃機関を停止させての走行が望まれている。近年、車両外部の電源から車載の蓄電装置を充電可能な、いわゆるプラグイン・ハイブリッド車が注目されているが、プラグイン・ハイブリッド車に対しては、そのような要求が特に強い(なお、以下では、内燃機関を停止して電動機のみを用いての走行を「EV(Electric Vehicle)走行」と称し、これに対して、内燃機関を動作させての走行を「HV(Hybrid Vehicle)走行」と称する。)。
そこで、内燃機関が始動する頻度を抑制することによってEV走行感を高めるために、EV走行を優先させる第1のモード(以下「CD(Charge Depleting)モード」と称する。)と、内燃機関を動作させて蓄電装置の充電状態を所定の目標に維持する第2のモード(以下「CS(Charge Sustaining)モード」と称する。)とを含む走行モードおよび内燃機関の動作/停止に基づいて、蓄電装置が放電可能な電力(以下「放電許容電力Wout」と称する。)を変更することができる。具体的には、走行モードがCDモードであり、かつ、内燃機関が停止している場合に、走行モードがCDモードであり、かつ、内燃機関が動作しているとき、または、走行モードがCSのときよりも放電許容電力Woutを拡大することによって、内燃機関が始動する頻度を抑制してEV走行感を高めることができる。
ところで、車両の部品保護の観点から、実質的にトルクを出力せずに内燃機関を運転させることがある(以下、このような運転を「無負荷運転」と称し、これに対して、運転者の要求に応じてトルクを出力する運転を「負荷運転」と称する。)。無負荷運転であっても内燃機関は動作しているので、走行モードがCDモードのときは、放電許容電力Woutは非拡大である。しかしながら、この場合に、走行モードがCDモードであるために、内燃機関を負荷運転とするか否かを判定するためのパワー判定値が拡大された放電許容電力Woutであると、要求パワーがその拡大された放電許容電力Woutに達するまで、蓄電装置からの放電電力は非拡大の放電許容電力Woutに制限され、かつ、内燃機関は負荷運転にならない状況が生じる。その結果、要求パワーに対する実際のパワーが不足し、ドライバビリティが悪化する。
それゆえに、この発明の目的は、ハイブリッド車両において、EV走行を拡大し、かつ、無負荷運転時に発生し得るドライバビリティの悪化を防止することである。
この発明によれば、ハイブリッド車両の制御装置は、走行モード制御部と、放電許容電力制御部と、判定部とを備える。ハイブリッド車両は、車両駆動力を発生する内燃機関と、充放電可能な蓄電装置と、蓄電装置から電力を受けて車両駆動力を発生する電動機とを含む。内燃機関は、負荷運転または無負荷運転で動作するように制御される。そして、走行モード制御部は、CDモードとCSモードとを含む走行モードの切替を制御する。放電許容電力制御部は、走行モードがCDモードであり、かつ、内燃機関が動作しているとき、または、走行モードがCSモードのとき、放電許容電力Woutを予め定められた第1の値とし、走行モードがCDモードであり、かつ、内燃機関が停止しているとき、放電許容電力Woutを第1の値よりも大きい第2の値に拡大する。判定部は、走行モードがCSモードのとき、内燃機関を負荷運転とするか否かを第1の値に基づいて判定し、走行モードがCDモードのとき、内燃機関を負荷運転とするか否かを第2の値に基づいて判定する。ここで、判定部は、内燃機関が無負荷運転で動作している場合には、走行モードがCDモードであっても、内燃機関を負荷運転とするか否かを第1の値に基づいて判定する。
好ましくは、走行モードが第1のモードであり、かつ、内燃機関が無負荷運転でないときは、判定部は、内燃機関を負荷運転とするか否かを第2の値に基づいて判定する。
好ましくは、判定部は、走行モードが第1のモードであり、かつ、内燃機関が無負荷運転で動作している場合に、第1の値に基づいて内燃機関の動作が負荷運転に移行したときは、第1の値に基づいて内燃機関の停止判定を行なう。
好ましくは、ハイブリッド車両は、車両外部の電源から電力の供給を受けて蓄電装置を充電するように構成された充電装置をさらに含む。そして、走行モード制御部は、充電装置による蓄電装置の充電後、走行モードを第1のモードに設定する。
また、この発明によれば、ハイブリッド車両の制御装置は、走行モード制御部と、放電許容電力制御部と、判定部とを備える。ハイブリッド車両は、車両駆動力を発生する内燃機関と、充放電可能な蓄電装置と、蓄電装置から電力を受けて車両駆動力を発生する電動機とを含む。内燃機関は、負荷運転または無負荷運転で動作するように制御される。そして、走行モード制御部は、CDモードとCSモードとを含む走行モードの切替を制御する。放電許容電力制御部は、走行モードがCDモードであり、かつ、内燃機関が動作しているとき、または、走行モードがCSモードのとき、放電許容電力Woutを予め定められた第1の値とし、走行モードがCDモードであり、かつ、内燃機関が停止しているとき、放電許容電力Woutを第1の値よりも大きい第2の値に拡大する。判定部は、走行モードがCDモードの場合に、内燃機関が無負荷運転で動作しているときは、内燃機関を負荷運転とするか否かを第1の値に基づいて判定し、内燃機関が無負荷運転でないときは、内燃機関を負荷運転とするか否かを第2の値に基づいて判定する。
好ましくは、走行モードがCSモードであるとき、判定部は、内燃機関を負荷運転とするか否かを第1の値に基づいて判定する。
好ましくは、判定部は、走行モードがCDモードであり、かつ、内燃機関が無負荷運転で動作している場合に、第1の値に基づいて内燃機関の動作が負荷運転に移行したときは、第1の値に基づいて内燃機関の停止判定を行なう。
好ましくは、ハイブリッド車両は、車両外部の電源から電力の供給を受けて蓄電装置を充電するように構成された充電装置をさらに含む。そして、走行モード制御部は、充電装置による蓄電装置の充電後、走行モードを第1のモードに設定する。
また、この発明によれば、ハイブリッド車両は、上述したいずれかの制御装置を備える。
この発明においては、走行モードがCDモードであり、かつ、内燃機関が動作しているとき、または、走行モードがCSモードのとき、放電許容電力Woutは第1の値とされる。走行モードがCDモードであり、かつ、内燃機関が停止しているときは、放電許容電力Woutは第1の値よりも大きい第2の値に拡大される。また、走行モードがCSモードのとき、内燃機関を負荷運転とするか否かは第1の値に基づいて判定され、走行モードがCDモードのときは第2の値に基づいて判定される。
そして、この発明においては、内燃機関が無負荷運転で動作している場合には、走行モードがCDモードであっても、内燃機関を負荷運転とするか否かは第1の値に基づいて判定されるので、要求パワーに対して実際のパワーが不足する事態は生じない。あるいは、走行モードがCDモードの場合に、内燃機関が無負荷運転で動作しているときは、内燃機関を負荷運転とするか否かは第1の値に基づいて判定され、内燃機関が無負荷運転でないときは、内燃機関を負荷運転とするか否かは第2の値に基づいて判定されるので、要求パワーに対して実際のパワーが不足する事態は生じない。
したがって、この発明によれば、EV走行を拡大し、かつ、無負荷運転時に発生し得るドライバビリティの悪化を防止することができる。
この発明の実施の形態による制御装置が適用されるハイブリッド車両の全体構成を示すブロック図である。 図1に示すハイブリッド車両の電気システムの構成を示すブロック図である。 図2に示すECUの機能ブロック図である。 蓄電装置のSOCの変化と走行モードとの関係を示した図である。 蓄電装置の放電許容電力を示した図である。 走行モードおよびエンジンの動作/停止に応じた放電許容電力の拡大/非拡大を説明するための図である。 エンジンを負荷運転とするか否かを判定するための判定しきい値を説明するための図である。 エンジンを負荷運転とするか否かの判定処理を実現するための第1のフローチャートである。 エンジンを負荷運転とするか否かの判定処理を実現するための第2のフローチャートである。 エンジンが停止状態から負荷運転に移行するときのタイミングチャートである。 エンジンが無負荷運転から負荷運転に移行するときの、従来技術によるタイミングチャートである。 エンジンが無負荷運転から負荷運転に移行するときのタイミングチャートである。 エンジンを負荷運転とするか否かの判定処理を実現するための他の第1のフローチャートである。 エンジンを負荷運転とするか否かの判定処理を実現するための他の第2のフローチャートである。
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰返さない。
図1は、この発明の実施の形態による制御装置が適用されるハイブリッド車両の全体構成を示すブロック図である。図1を参照して、ハイブリッド車両100は、蓄電装置10と、ECU(Electronic Control Unit)15と、PCU(Power Control Unit)20と、動力出力装置30と、ディファレンシャルギヤ(以下「DG(Differential Gear)」とも称する。)40とを備える。また、ハイブリッド車両100は、前輪50L,50Rと、後輪60L,60Rと、フロントシート70L,70Rと、リアシート80と、充電インレット90と、充電器92とをさらに備える。
蓄電装置10は、再充電可能な直流電源であり、たとえば、ニッケル水素やリチウムイオン等の二次電池から成る。蓄電装置10は、たとえばリアシート80の後方部に配置され、PCU20と電気的に接続されてPCU20へ直流電圧を供給する。また、蓄電装置10は、動力出力装置30によって発電された電力をPCU20から受けて充電される。さらに、蓄電装置10は、充電インレット90に接続される車両外部の電源から供給される電力を受ける充電器92によって充電される。なお、以下では、車両外部の電源を「外部電源」とも称し、外部電源による蓄電装置10の充電を「外部充電」とも称する。
PCU20は、ハイブリッド車両100内で必要となる電力変換器を統括的に示したものである。PCU20は、蓄電装置10から供給される電圧を昇圧するコンバータや、動力出力装置30に含まれるモータジェネレータを駆動するインバータ等を含む。
ECU15は、運転状況・車両状況を示す各種センサからの各種センサ出力17を受ける。各種センサ出力17には、アクセルペダル35の踏込み量に応じたアクセル開度や、車輪回転数に応じた車両速度等が含まれる。そして、ECU15は、入力されたこれらのセンサ出力に基づき、ハイブリッド車両100に関する種々の制御を実行する。
動力出力装置30は、車輪の駆動力源として設けられ、モータジェネレータMG1,MG2およびエンジンを含む。これらは、動力分割装置(図示せず)を介して機械的に連結される。そして、ハイブリッド車両100の走行状況に応じて、動力分割装置を介して上記3者の間で駆動力の配分および結合が行なわれ、その結果として前輪50L,50Rが駆動される。DG40は、動力出力装置30から出力される動力を前輪50L,50Rへ伝達するとともに、前輪50L,50Rから受ける回転力を動力出力装置30へ伝達する。これにより、動力出力装置30は、エンジンおよびモータジェネレータによる動力を、DG40を介して前輪50L,50Rへ伝達して前輪50L,50Rを駆動する。また、動力出力装置30は、前輪50L,50Rによるモータジェネレータの回転力を受けて発電し、その発電した電力をPCU20へ供給する。
なお、モータジェネレータMG1,MG2は、発電機としても電動機としても機能し得るが、モータジェネレータMG1が、主として発電機として動作し、モータジェネレータMG2が、主として電動機として動作する。詳細には、モータジェネレータMG1は、動力分割装置によって分配されるエンジンの出力の一部を受けて発電する。また、モータジェネレータMG1は、蓄電装置10から電力の供給を受けて電動機として動作し、エンジンをクランキングして始動する。
モータジェネレータMG2は、蓄電装置10に蓄えられた電力およびモータジェネレータMG1の発電した電力の少なくとも一方によって駆動される。そして、モータジェネレータMG2の駆動力は、DG40を介して前輪50L,50Rの駆動軸へ伝達される。これにより、モータジェネレータMG2は、エンジンをアシストして車両を走行させたり、自己の駆動力のみによって車両を走行させたりする。また、車両の制動時には、モータジェネレータMG2は、前輪50L,50Rにより駆動されて発電機として動作する。このとき、モータジェネレータMG2により発電された電力は、PCU20を介して蓄電装置10に充電される。
そして、PCU20は、ECU15からの制御指示に従って、蓄電装置10から受ける直流電圧を昇圧するとともに、その昇圧した直流電圧を交流電圧に変換して、動力出力装置30に含まれるモータジェネレータMG1,MG2を駆動する。また、PCU20は、モータジェネレータMG1,MG2の回生動作時には、ECU15からの制御指示に従って、モータジェネレータMG1,MG2の発電した交流電圧を直流電圧に変換して蓄電装置10を充電する。
充電インレット90は、外部電源に接続された充電ケーブル(図示せず)のコネクタを接続可能に構成される。そして、外部充電時、充電インレット90に接続される外部電源から電力を受け、その受けた電力を充電器92へ供給する。充電器92は、充電インレット90と蓄電装置10との間に設けられ、充電インレット90に接続される外部電源から供給される電力を蓄電装置10の電圧レベルに変換して蓄電装置10へ出力する。
図2は、図1に示したハイブリッド車両100の電気システムの構成を示すブロック図である。図2を参照して、電気システムは、蓄電装置10と、SMR(System Main Relay)105,106と、PCU20と、モータジェネレータMG1,MG2と、ECU15と、充電インレット90と、充電器92とを含む。
モータジェネレータMG1,MG2は、動力分割装置を介してエンジンENGおよび図示されない駆動輪(図1の前輪50L,50R)と連結される。そして、ハイブリッド車両100は、エンジンENGおよびモータジェネレータMG2を用いて走行可能であり、モータジェネレータMG1は、エンジンENGの始動およびエンジンENGの動力を用いた発電を行なう。
SMR105は、蓄電装置10とPCU20との間に設けられ、車両の走行時等にECU15からの指令に応じてオンされる。SMR106は、蓄電装置10と充電器92との間に設けられ、外部充電時にECU15からの指令に応じてオンされる。
PCU20は、コンバータ110と、コンデンサ120と、モータ駆動制御器131,132と、コンバータ/インバータ制御部140と、エンジン制御部142とを含む。この実施の形態では、モータジェネレータMG1,MG2は交流モータであり、モータ駆動制御器131,132はインバータによって構成される。以下では、モータ駆動制御器131(132)を「インバータ131(132)」とも称する。
コンバータ110は、コンバータ/インバータ制御部140からの制御信号Scnvに基づいて、正極線103および負極線102間の電圧Vmを蓄電装置10の電圧Vb以上に昇圧する。コンバータ110は、たとえば、電流可逆型の昇圧チョッパ回路によって構成される。
インバータ131,132は、それぞれモータジェネレータMG1,MG2に対応して設けられる。インバータ131,132は、互いに並列してコンバータ110に接続され、コンバータ/インバータ制御部140からの制御信号Spwm1,Spwm2に基づいてモータジェネレータMG1,MG2をそれぞれ駆動する。
コンバータ/インバータ制御部140は、ECU15から受ける制御指令値(電圧Vmの目標値やモータジェネレータMG1,MG2のトルク目標値等)に基づいて、コンバータ110およびモータジェネレータMG1,MG2をそれぞれ駆動するための制御信号Scnv,Spwm1,Spwm2を生成する。そして、コンバータ/インバータ制御部140は、その生成された制御信号Scnv,Spwm1,Spwm2をそれぞれコンバータ110およびインバータ131,132へ出力する。
エンジン制御部142は、ECU15から受ける制御指令値に基づいて、エンジンENGの回転速度および出力トルクを算出する。そして、エンジン制御部142は、その算出結果に基づいてエンジンENGを駆動するための制御信号を生成し、その生成された制御信号をエンジンENGへ出力する。これにより、エンジンENGは、運転者の要求に応じてトルクを出力する負荷運転で動作する。
また、エンジン制御部142は、ECU15から受ける制御指令に基づいて、部品保護等の観点(たとえばオイル潤滑)から、実質的にトルクを出力しないようにエンジンENGを運転するための制御信号を生成し、その生成された制御信号をエンジンENGへ出力する。これにより、エンジンENGは、動作はしているけれども実質的にトルクを出力しない無負荷運転(たとえばアイドリング運転)で動作する。
ECU15は、各種センサ出力17に基づいて、このハイブリッド車両100の走行モードの制御や、蓄電装置10の充放電制御、エンジンENGの始動/停止判定等の各種制御を行なう。そして、ECU15は、PCU20を駆動するための制御指令値を生成し、その生成した制御指令値をPCU20のコンバータ/インバータ制御部140およびエンジン制御部142へ出力する。また、ECU15は、外部充電時、充電器92を駆動するための信号を生成し、その生成した信号を充電器92へ出力する。
図3は、図2に示したECU15の機能ブロック図である。図3を参照して、ECU15は、SOC算出部150と、走行モード制御部152と、Wout制御部154と、エンジン動作判定部156と、指令生成部158と、充電制御部160とを含む。
SOC算出部150は、図示されないセンサによって検出される蓄電装置10の電圧Vbおよび電流Ibに基づいて、蓄電装置10の充電状態を示すSOC(State Of Charge)を算出する。このSOCは、蓄電装置10の満充電状態に対する蓄電量を0〜100%で表わしたものであり、蓄電装置10の蓄電残量を示す。なお、SOCの算出方法については、種々の公知の手法を用いることができる。
走行モード制御部152は、SOC算出部150によって算出されたSOCに基づいて、車両の走行モードの切替を制御する。具体的には、走行モード制御部152は、エンジンENGを停止してモータジェネレータMG2のみを用いての走行を優先させるCDモードとするか、それともエンジンENGを動作させて蓄電装置10のSOCを所定の目標に維持するCSモードとするかの切替を制御する。
なお、CDモードでも、運転者によりアクセルペダルが大きく踏込まれたり、エンジン駆動タイプのエアコン動作時やエンジン暖機時などは、エンジンENGの動作が許容される。このCDモードは、蓄電装置10のSOCを維持することなく、基本的に蓄電装置10に蓄えられた電力をエネルギー源として車両を走行させる走行モードである。このCDモードの間は、結果的に充電よりも放電の割合の方が相対的に大きくなることが多い。一方、CSモードは、蓄電装置10のSOCを所定の目標に維持するために、必要に応じてエンジンENGを動作させてモータジェネレータMG1により発電を行なう走行モードであり、エンジンENGを常時動作させての走行に限定されるものではない。
すなわち、走行モードがCDモードであっても、アクセルペダルが大きく踏込まれて大きな車両パワーが要求されればエンジンENGは動作する。また、走行モードがCSモードであっても、SOCが目標値を上回っていればエンジンENGは停止する。そこで、走行モードに拘わらず、エンジンENGを停止してモータジェネレータMG2のみを用いての走行を「EV走行」と称し、エンジンENGを動作させてモータジェネレータMG2およびエンジンENGを用いての走行を「HV走行」と称する。
図4は、蓄電装置10のSOCの変化と走行モードとの関係を示した図である。図4を参照して、外部充電により蓄電装置10が満充電状態となった後(SOC=MAX)、走行が開始されるものとする。外部充電後、走行モードはCDモードに設定される。CDモードでの走行中は、車両の減速時等に回収される回生電力により一時的にSOCが増加することがあるものの、全体としては走行距離の増加に伴ないSOCは減少する。そして、時刻t1においてSOCがしきい値Sthに達すると、走行モードがCSモードへ切替わり、しきい値Sthの近傍にSOCが制御される。
再び図3を参照して、走行モード制御部152は、外部充電の終了を示す充電終了信号CGENDを充電制御部160から受けると、上述のように走行モードをCDモードに設定する。そして、走行モード制御部152は、走行モードがCDモードかCSモードかを示すモード信号MDをWout制御部154、エンジン動作判定部156および指令生成部158へ出力する。
Wout制御部154は、SOC算出部150から蓄電装置10のSOCを受け、走行モードを示すモード信号MDを走行モード制御部152から受ける。また、Wout制御部154は、エンジンENGが動作していることを示すエンジン動作フラグEGをエンジン動作判定部156から受ける。そして、Wout制御部154は、これらの各信号に基づいて、蓄電装置10が放電可能な電力(W)を示す放電許容電力Woutを算出する。
図5は、蓄電装置10の放電許容電力Woutを示した図である。図5を参照して、放電許容電力Woutは、蓄電装置10が出力可能な電力(W)の最大値である。蓄電装置10のSOCが低下すると、過放電防止のために放電許容電力Woutは制限される。
この実施の形態では、後述するように、車両の走行モードおよびエンジンENGの動作/停止に基づいて放電許容電力Woutが変更される。具体的には、走行モードがCDモードであり、かつ、エンジンENGが動作しているとき、または走行モードがCSモードのときは、放電許容電力Woutはデフォルト値のW0に設定される。一方、走行モードがCDモードであり、かつ、エンジンENGが停止しているときは、放電許容電力WoutがW0から予め定められたW1に拡大される。
なお、充電許容電力Winは、蓄電装置10へ入力可能な電力(W)の最大値である。充電許容電力Winについては、蓄電装置10のSOCが高くなると、過充電防止のために充電許容電力Winが制限される。
再び図3を参照して、Wout制御部154は、予め準備されるマップ等を用いて、蓄電装置10のSOCや温度等に基づいて放電許容電力Wout(デフォルト値W0)を算出する。そして、Wout制御部154は、走行モード制御部152から受けるモード信号MDによって示される走行モード、およびエンジン動作判定部156から受けるエンジン動作フラグEGによって示されるエンジンENGの動作/停止に基づいて、放電許容電力Woutを変更する。
すなわち、図6に示すように、走行モードがCDモードであって、かつ、エンジンENGが停止しているとき、Wout制御部154は、放電許容電力WoutをW0から予め定められたW1に拡大する(図5)。一方、走行モードがCDモードであって、かつ、エンジンENGが動作しているとき、または、走行モードがCSモードのとき、Wout制御部154は、放電許容電力Woutの拡大を行なわない。
走行モードがCDモードであって、かつ、エンジンENGが停止しているときに放電許容電力Woutを拡大するのは、エンジンENGの始動頻度をできる限り減らし、EV走行を拡充するためである。すなわち、上述のように、走行モードがCDモードであっても、アクセルペダルが踏込まれて車両要求パワーが放電許容電力Woutを超えると、要求パワーを満たすためにエンジンENGが始動してEV走行からHV走行に切替わる。
しかしながら、アクセルペダルを踏込むことによって頻繁にエンジンENGが始動していては、運転者は十分なEV走行感を得ることができない。そこで、この実施の形態では、走行モードがCDモードであって、かつ、エンジンENGが停止しているときに放電許容電力Woutを拡大し、エンジンENGが始動する頻度を抑制することによってEV走行感を高めることとしたものである。
一方、この実施の形態では、放電許容電力Woutを常時拡大するのではなく、走行モードがCDモードであって、かつ、エンジンENGが動作しているとき、または、走行モードがCSモードのときは、放電許容電力Woutの拡大を行なわない。このようにしたのは、電気部品(主にコンバータ110)の熱負荷の増加を抑えるとともに、エンジン動作時およびCSモードでの走行時における車両の加速特性を本実施の形態の適用前後で変えないようにするためである。
再び図3を参照して、Wout制御部154は、走行モードおよびエンジンENGの動作/停止に基づいて上記の変更処理が行なわれた放電許容電力Woutを指令生成部158へ出力する。
エンジン動作判定部156は、走行モードを示すモード信号MDを走行モード制御部152から受ける。そして、エンジン動作判定部156は、走行モードに基づいて、エンジンENGの動作判定を行なう。
具体的には、エンジン動作判定部156は、各種センサ出力17(図1)として受けるアクセル開度ACCや車両速度SPD等に基づいて車両要求パワーを算出する。そして、走行モードがCSモードのとき、エンジン動作判定部156は、非拡大の放電許容電力Wout(図5のデフォルト値W0)に基づいてモータジェネレータMG2が出力可能なパワーを算出し、その算出されたパワーと車両要求パワーとの比較結果に基づいて、エンジンENGを負荷運転とするか否かを判定する。
一方、走行モードがCDモードのときは、エンジン動作判定部156は、拡大された放電許容電力Wout(図5のW1)に基づいてモータジェネレータMG2が出力可能なパワーを算出し、その算出されたパワーと車両要求パワーとの比較結果に基づいて、エンジンENGを負荷運転とするか否かを判定する。
また、部品保護等の観点から、予め定められた条件(たとえば、エンジンENGの停止状態が所定時間継続したとき)が成立すると、エンジン動作判定部156は、エンジンENGを無負荷運転で動作させるものと判定する。ここで、エンジンENGの無負荷運転時は、エンジン動作判定部156は、走行モードがCDモードであっても、非拡大の放電許容電力Wout(W0)に基づいてモータジェネレータMG2が出力可能なパワーを算出し、その算出されたパワーと車両要求パワーとの比較結果に基づいて、エンジンENGを負荷運転とするか否かを判定する。
すなわち、図7に示すように、走行モードがCDモードの場合は、原則として、拡大された放電許容電力Wout(W1)に基づいて、エンジンENGを負荷運転とするか否かが判定される。しかしながら、エンジンENGが無負荷運転で動作しているときは、走行モードがCDモードであっても、非拡大の放電許容電力Wout(W0)に基づいて、エンジンENGを負荷運転とするか否かが判定される。なお、走行モードがCSモードのときは、非拡大の放電許容電力Wout(W0)に基づいて、エンジンENGを負荷運転とするか否かが判定される。
エンジンENGの無負荷運転時は、走行モードがCDモードであっても非拡大の放電許容電力Wout(W0)を用いることとしたのは、以下の理由による。すなわち、無負荷運転であってもエンジンENGは動作するので、図6に示したように、蓄電装置10の放電許容電力Woutは非拡大値(W0)となる。ここで、走行モードがCDモードであることにより、エンジンENGを負荷運転とするか否かの判定に拡大された放電許容電力Wout(W1)を用いると、車両要求パワーがW1に達するまで、蓄電装置10からの放電電力はW0に制限され、かつ、エンジンENGは負荷運転にならない状況が生じる。その結果、車両要求パワーがW0を超えてからW1に達するまで、要求パワーに対する実際のパワーが不足し、ドライバビリティが悪化する。
そこで、この実施の形態では、走行モードがCDモードの場合は、原則として、拡大された放電許容電力Wout(W1)に基づいて、エンジンENGを負荷運転とするか否かを判定することとし、エンジンENGが無負荷運転で動作しているときは、走行モードがCDモードであっても、非拡大の放電許容電力Wout(W0)に基づいて、エンジンENGを負荷運転とするか否かを判定することとしたものである。
そして、エンジン動作判定部156は、エンジンENGの動作時(無負荷運転での動作も含まれる。)は、Wout制御部154および後述の指令生成部158へ出力されるエンジン動作フラグをオンにし、エンジンENGの停止時は、エンジン動作フラグをオフにする。
再び図3を参照して、指令生成部158は、走行モード、放電許容電力WoutおよびエンジンENGの動作/停止を示すエンジン動作フラグに基づいて、PCU20を駆動するための制御指令値(たとえば、電圧Vmの目標値やモータジェネレータMG1,MG2のトルク目標値等)を生成する。そして、指令生成部158は、その生成した制御指令値をPCU20のコンバータ/インバータ制御部140(図2)へ出力する。
充電制御部160は、充電インレット90(図2)に外部電源が接続されると、図示されないセンサによって検出される入力電圧Vacおよび入力電流Iacに基づいて、充電器92を駆動するための制御信号を生成し、充電器92へ出力する。そして、充電制御部160は、SOC算出部150から受ける蓄電装置10のSOCが所定の上限値に達すると、充電制御を終了するとともに充電終了を示す充電終了信号CGENDを走行モード制御部152へ出力する。これにより、上述のように、走行モード制御部152において走行モードがCDモードに設定される。
図8,9は、エンジンENGを負荷運転とするか否かの判定処理を実現するためのフローチャートである。図8を参照して、ECU15は、走行モードがCDモードであるか否かを判定する(ステップS10)。そして、走行モードがCDモードであると判定されると(ステップS10においてYES)、ECU15は、放電許容電力WoutをW1(拡大値)に設定し、エンジンENGを負荷運転とするか否かを判定するためのしきい値PthをW0に設定する(ステップS20)。一方、ステップS10において、走行モードがCDモードでない、すなわちCSモードであると判定されると(ステップS10においてNO)、ECU15は、放電許容電力WoutをW0(非拡大値)に設定し、しきい値Pthをダミーの値(大きな値)に設定する(ステップS30)。なお、CSモード時にしきい値Pthをダミー値(大きな値)とするのは、エンジンENGを負荷運転とするか否かの判定は、CDモード時のみに必要であり、負荷運転を前提とするCSモードでは不必要だからである。
次いで、ECU15は、車両要求パワーPreqが放電許容電力Woutよりも大きいか否かを判定する(ステップS40)。そして、車両要求パワーPreqが放電許容電力Woutよりも大きいと判定されると(ステップS40においてYES)、ECU15は、エンジンENGの動作/停止を指示するエンジン動作フラグをオンにする(ステップS50)。一方、車両要求パワーPreqが放電許容電力Wout以下であると判定されると(ステップS40においてNO)、ECU15は、エンジン動作フラグをオフにする(ステップS60)。
次いで、ECU15は、エンジンENGを負荷運転とするか否かを判定するためのしきい値Pthよりも車両要求パワーPreqが大きいか否かを判定する(ステップS70)。そして、車両要求パワーPreqがしきい値Pthよりも大きいと判定されると(ステップS70においてYES)、ECU15は、エンジンENGの負荷運転を指示する負荷運転フラグをオンにする(ステップS80)。一方、車両要求パワーPreqがしきい値Pth以下であると判定されると(ステップS70においてNO)、ECU15は、負荷運転フラグをオフにする(ステップS90)。
図9を参照して、ECU15は、エンジンENGが動作中であるか否かを判定する(ステップS110)。エンジンENGが動作中でない、すなわち停止中であると判定されると(ステップS110においてNO)、ECU15は、以降の一連の処理を実行することなくステップS150へ処理を移行する。
ステップS110においてエンジンENGが動作中であると判定されると(ステップS110においてNO)、ECU15は、エンジンENGが無負荷運転中であるか否かをさらに判定する(ステップS120)。エンジンENGが無負荷運転中でない、すなわち負荷運転中であると判定されると(ステップS120においてNO)、ステップS150へ処理が移行される。
ステップS120においてエンジンENGが無負荷運転中であると判定されると(ステップS120においてYES)、ECU15は、上述のエンジン動作フラグまたは負荷運転フラグがオンしているか否かを判定する(ステップS130)。そして、エンジン動作フラグまたは負荷運転フラグがオンしていると判定されると(ステップS130においてYES)、ECU15は、エンジンENGを負荷運転で動作させる(ステップS140)。なお、エンジン動作フラグおよび負荷運転フラグのいずれもオフのときは(ステップS130においてNO)、ステップS150へ処理が移行される。
以下、走行モードがCDモードのときにエンジンENGの動作状態が変化する様子をタイミングチャートを用いて説明する。
図10は、エンジンENGが停止状態から負荷運転に移行するときのタイミングチャートである。図10を参照して、時刻t1前は、車両要求パワーはW0(放電許容電力Woutの非拡大値)よりも小さく、エンジンENGは停止しているものとする。
走行モードがCDモードであり、かつ、エンジンENGが停止しているので、放電許容電力WoutはW1に拡大されており、エンジンENGを負荷運転とするか否かの判定しきい値もW1に設定されている。したがって、時刻t1において車両要求パワーがW0に達しても、エンジンENGは始動しない。
時刻t2において、車両要求パワーがW1に達すると、エンジンENGは、停止状態から負荷運転となり、エンジンENGが始動する(エンジンON)。このように、エンジンENGが停止状態から負荷運転に移行するときは、時刻t2以降は、蓄電装置10の放電電力が制限されるけれどもエンジンENGが負荷運転となるので、車両要求パワーの増加に応じて駆動軸トルクTpeも増加する。
図11,12は、エンジンENGが無負荷運転から負荷運転に移行するときのタイミングチャートである。なお、図11は、比較例として従来技術を用いたときのタイミングチャートを示し、図12は、この実施の形態を用いたときのタイミングチャートを示す。
図11を参照して、時刻t1前は、車両要求パワーはW0(放電許容電力Woutの非拡大値)よりも小さいけれども、部品保護等の観点から、エンジンENGが無負荷運転で動作しているものとする。エンジンENGが動作しているので、放電許容電力Woutは非拡大のW0であり、時刻t1以降は、蓄電装置10の放電電力はW0に制限される。しかしながら、従来技術では、エンジンENGを負荷運転とするか否かを判定するためのしきい値は、走行モードがCDモードのときは一律にW1(Wout拡大値)であるので、時刻t2において車両要求パワーがW1に達するまでは、エンジンENGは負荷運転にならない。
そうすると、時刻t1からt2の間は、蓄電装置10の放電電力がW0に制限され、かつ、エンジンENGの無負荷運転が継続することとなる。すなわち、時刻t1からt2の間は、車両要求パワーは増加しているにも拘わらず駆動軸トルクTpeが増加しない状況となり、その結果ドライバビリティが悪化する。
図12を参照して、この実施の形態では、走行モードがCDモードであっても、エンジンENGが無負荷運転を行なっているときは、エンジンENGを負荷運転とするか否かを判定するためのしきい値は、放電許容電力Woutと同じW0(非拡大値)に設定される。したがって、時刻t1において車両要求パワーがW0に達すると、時刻t1以降は、蓄電装置10の放電電力はW0に制限されるけれども、エンジンENGが負荷運転に移行し、車両要求パワーの増加の増加に応じて駆動軸トルクTpeも増加する。
なお、走行モードがCDモードであり、かつ、エンジンENGが無負荷運転で動作しているときに、非拡大値のW0に基づいてエンジンENGが負荷運転に移行したときは、エンジンENGが停止するときの判定しきい値にもW0が用いられる。エンジンENGが負荷運転に移行した後にエンジン停止の判定しきい値を直ちにW1にすると、エンジンが直ちに停止するのでパワーが低下し、これによりエンジンENGが再び始動し、その後、エンジンENGの始動および停止が繰返されるハンチングが発生するからである。
以上のように、この実施の形態においては、走行モードがCDモードであり、かつ、エンジンENGが停止しているとき、放電許容電力WoutがW0からW1に拡大される。また、走行モードがCSモードのとき、エンジンENGを負荷運転とするか否かはW0に基づいて判定され、走行モードがCDモードのときは、原則としてW1に基づいて判定される。ここで、この実施の形態においては、エンジンENGが無負荷運転で動作している場合には、走行モードがCDモードであっても、エンジンENGを負荷運転とするか否かがW0に基づいて判定される。これにより、要求パワーに対して実際のパワーが不足する事態が生じるのを防止できる。したがって、この実施の形態によれば、EV走行を拡大し、かつ、無負荷運転時に発生し得るドライバビリティの悪化を防止することができる。
[変形例]
図8,9に示したフローチャートに代えて、以下に示すフローチャートで示される処理手順によっても、エンジンENGを負荷運転とするか否かの判定処理を実現することができる。
図13,14は、エンジンENGを負荷運転とするか否かの判定処理を実現するための他のフローチャートである。図13を参照して、ECU15は、エンジンENGが動作中であるか否かを判定する(ステップS210)。エンジンENGが動作中でない、すなわち停止中であると判定されると(ステップS210においてNO)、ECU15は、以降の一連の処理を実行することなくステップS250へ処理を移行する。
ステップS210においてエンジンENGが動作中であると判定されると(ステップS210においてYES)、ECU15は、エンジンENGが無負荷運転中であるか否かをさらに判定する(ステップS220)。そして、エンジンENGが無負荷運転中であると判定されると(ステップS220においてYES)、ECU15は、予め定められたフラグをオンにする(ステップS230)。一方、エンジンENGが無負荷運転中でない、すなわち負荷運転中であると判定されると(ステップS220においてNO)、ECU15は、上記のフラグをオフにする(ステップS240)。
図14を参照して、ECU15は、走行モードがCDモードであるか否かを判定する(ステップS310)。走行モードがCDモードであると判定されると(ステップS310においてYES)、ECU15は、上述したフラグがオフであるか否かをさらに判定する(ステップS320)。そして、フラグがオフであると判定されると(ステップS320においてYES)、エンジンENGは負荷運転中であると判断され、ECU15は、エンジンENGを負荷運転とするか否かを判定するためのしきい値PthをW1(放電許容電力Woutの拡大値)設定する(ステップS330)。
一方、ステップS310において、走行モードがCDモードでない、すなわち走行モードがCSモードであると判定されるか(ステップS310においてNO)、または、ステップS320において、上述したフラグがオフでない、すなわちフラグがオンであると判定されると(ステップS320においてNO)、ECU15は、エンジンENGを負荷運転とするか否かを判定するためのしきい値PthをW0(放電許容電力Woutの非拡大値)に設定する(ステップS340)。
次いで、ECU15は、エンジンENGを負荷運転とするか否かを判定するためのしきい値Pthよりも車両要求パワーPreqが大きいか否かを判定する(ステップS350)。そして、車両要求パワーPreqがしきい値Pthよりも大きいと判定されると(ステップS350においてYES)、ECU15は、エンジン動作フラグをオンにする(ステップS360)。一方、車両要求パワーPreqがしきい値Pth以下であると判定されると(ステップS350においてNO)、ECU15は、エンジン動作フラグをオフにする(ステップS370)。
なお、上記の実施の形態においては、蓄電装置10およびコンバータ110が1つずつ設けられる構成としたが、蓄電装置およびコンバータが複数設けられた電気システム(たとえば、複数の蓄電装置と、互いに並列に接続される複数のコンバータとを備える電気システム等)に対しても、本発明を適用可能である。
また、上記においては、充電インレット90に外部電源を接続して外部充電を行なうものとしたが、共鳴法や電磁誘導等の非接触による給電手法を用いて外部充電を行なってもよい。
なお、上記において、エンジンENGは、この発明における「内燃機関」の一実施例に対応し、モータジェネレータMG2は、この発明における「電動機」の一実施例に対応する。また、Wout制御部154は、この発明における「放電許容電力制御部」の一実施例に対応し、エンジン動作判定部156は、この発明における「判定部」の一実施例に対応する。
今回開示された実施の形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施の形態の説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
10 蓄電装置、15 ECU、17 各種センサ出力、20 PCU、30 動力出力装置、35 アクセルペダル、40 DG、50L,50R 前輪、60L,60R 後輪、70L,70R フロントシート、80 リアシート、90 充電インレット、92 充電器、100 ハイブリッド車両、105,106 SMR、110 コンバータ、120 コンデンサ、131,132 インバータ、140 コンバータ/インバータ制御部、142 エンジン制御部、150 SOC算出部、152 走行モード制御部、154 Wout制御部、156 エンジン動作判定部、158 指令生成部、160 充電制御部、MG1,MG2 モータジェネレータ、ENG エンジン。

Claims (9)

  1. ハイブリッド車両の制御装置であって、
    前記ハイブリッド車両は、
    車両駆動力を発生する内燃機関と、
    充放電可能な蓄電装置と、
    前記蓄電装置から電力を受けて車両駆動力を発生する電動機とを含み、
    前記内燃機関は、トルクを出力する負荷運転または実質的にトルクを出力しない無負荷運転で動作するように制御され、
    前記制御装置は、
    前記内燃機関を停止して前記電動機のみを用いての走行を優先させる第1のモードと、前記内燃機関を動作させて前記蓄電装置の充電状態を示す状態量を所定の目標に維持する第2のモードとを含む走行モードの切替を制御する走行モード制御部と、
    前記走行モードが前記第1のモードであり、かつ、前記内燃機関が動作しているとき、または、前記走行モードが前記第2のモードのとき、前記蓄電装置が放電可能な電力を示す放電許容電力を予め定められた第1の値とし、前記走行モードが前記第1のモードであり、かつ、前記内燃機関が停止しているとき、前記放電許容電力を前記第1の値よりも大きい第2の値に拡大する放電許容電力制御部と、
    前記走行モードが前記第2のモードのとき、前記内燃機関を前記負荷運転とするか否かを前記第1の値に基づいて判定し、前記走行モードが前記第1のモードのとき、前記内燃機関を前記負荷運転とするか否かを前記第2の値に基づいて判定する判定部とを備え、
    前記判定部は、前記内燃機関が前記無負荷運転で動作している場合には、前記走行モードが前記第1のモードであっても、前記内燃機関を前記負荷運転とするか否かを前記第1の値に基づいて判定する、ハイブリッド車両の制御装置。
  2. 前記走行モードが前記第1のモードであり、かつ、前記内燃機関が前記無負荷運転でないときは、前記判定部は、前記内燃機関を前記負荷運転とするか否かを前記第2の値に基づいて判定する、請求項1に記載のハイブリッド車両の制御装置。
  3. 前記判定部は、前記走行モードが前記第1のモードであり、かつ、前記内燃機関が前記無負荷運転で動作している場合に、前記第1の値に基づいて前記内燃機関の動作が前記負荷運転に移行したときは、前記第1の値に基づいて前記内燃機関の停止判定を行なう、請求項1または請求項2に記載のハイブリッド車両の制御装置。
  4. 前記ハイブリッド車両は、車両外部の電源から電力の供給を受けて前記蓄電装置を充電するように構成された充電装置をさらに含み、
    前記走行モード制御部は、前記充電装置による前記蓄電装置の充電後、前記走行モードを前記第1のモードに設定する、請求項1から請求項3のいずれかに記載のハイブリッド車両の制御装置。
  5. ハイブリッド車両の制御装置であって、
    前記ハイブリッド車両は、
    車両駆動力を発生する内燃機関と、
    充放電可能な蓄電装置と、
    前記蓄電装置から電力を受けて車両駆動力を発生する電動機とを含み、
    前記内燃機関は、トルクを出力する負荷運転または実質的にトルクを出力しない無負荷運転で動作するように制御され、
    前記制御装置は、
    前記内燃機関を停止して前記電動機のみを用いての走行を優先させる第1のモードと、前記内燃機関を動作させて前記蓄電装置の充電状態を示す状態量を所定の目標に維持する第2のモードとを含む走行モードの切替を制御する走行モード制御部と、
    前記走行モードが前記第1のモードであり、かつ、前記内燃機関が動作しているとき、または、前記走行モードが前記第2のモードのとき、前記蓄電装置が放電可能な電力を示す放電許容電力を予め定められた第1の値とし、前記走行モードが前記第1のモードであり、かつ、前記内燃機関が停止しているとき、前記放電許容電力を前記第1の値よりも大きい第2の値に拡大する放電許容電力制御部と、
    前記走行モードが前記第1のモードの場合に、前記内燃機関が前記無負荷運転で動作しているときは、前記内燃機関を前記負荷運転とするか否かを前記第1の値に基づいて判定し、前記内燃機関が前記無負荷運転でないときは、前記内燃機関を前記負荷運転とするか否かを前記第2の値に基づいて判定する判定部とを備える、ハイブリッド車両の制御装置。
  6. 前記走行モードが前記第2のモードであるとき、前記判定部は、前記内燃機関を前記負荷運転とするか否かを前記第1の値に基づいて判定する、請求項5に記載のハイブリッド車両の制御装置。
  7. 前記判定部は、前記走行モードが前記第1のモードであり、かつ、前記内燃機関が前記無負荷運転で動作している場合に、前記第1の値に基づいて前記内燃機関の動作が前記負荷運転に移行したときは、前記第1の値に基づいて前記内燃機関の停止判定を行なう、請求項5または請求項6に記載のハイブリッド車両の制御装置。
  8. 前記ハイブリッド車両は、車両外部の電源から電力の供給を受けて前記蓄電装置を充電するように構成された充電装置をさらに含み、
    前記走行モード制御部は、前記充電装置による前記蓄電装置の充電後、前記走行モードを前記第1のモードに設定する、請求項5から請求項7のいずれかに記載のハイブリッド車両の制御装置。
  9. 請求項1から請求項8のいずれかに記載の制御装置を備えるハイブリッド車両。
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