JP2012121555A - ハイブリッド車両の制御装置およびハイブリッド車両の制御方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】ハイブリッド車両の制御装置10は、各第1内燃機関(ENGa)11a、第2内燃機関(ENGb)11bおよび各第1発電用モータ(GENa)12a、第2発電用モータ(GENb)12bを有する複数の第1電源2、第2電源3と、走行用モータ(MOT)13に電力を供給するバッテリ(BATT)16を有する蓄電装置4とを備え、MG/BATECU34は、要求出力および蓄電状態、あるいは、要求出力または蓄電状態に応じた運転点で各第1内燃機関(ENGa)11a、第2内燃機関(ENGb)11bの運転を制御する。
【選択図】図1
Description
この内燃機関では、1つの動力源の加速の状況により他の動力源を始動させる時期を変動させ、急加速と緩加速のいずれにおいてもタイミング良く出力を安定させ、応答遅れを防止することができるようになっている。そして、燃費特性を考慮するために、エンジントルク又はエンジン回転数に基づいて複数の動力源の制御を行なっている。
また、例えば複数の発電手段が異なる気筒数の内燃機関を有する場合には、運転時の騒音に対して静粛性が要求される運転状態において、より多気筒の内燃機関を優先して運転することにより、商品性の切り替えが可能になる。
また、例えば複数の発電手段が異なる種類の内燃機関(例えば、ガソリンエンジンとディーゼルエンジンとなど)を有する場合には、要求される効率や出力に応じて燃料を最適に切り替えることが可能であり、走行地域での燃料入手の容易性や要求される排ガス性能などに応じて発電手段の運転を切り替えることが可能になる。
また、内燃機関は、速度と勾配に基づいて、例えば低速時には内燃機関の回転速度を所定速度以下の定点回転に規制し、発電手段を構成する複数の発電機の駆動および非駆動の切り替えを制御する。これにより、高効率で内燃機関の運転を制御すると共に、発電機の最適な出力量を調整することができ、無駄な出力を抑制することができる。
本発明の第4態様に係るハイブリッド車両の制御装置によれば、極低速のときには蓄電手段からの電力供給により走行することで燃費を増大させることができる。また、アクセル開度が所定開度以下の場合には、運転者による加速要求がない状態、すなわち回生中であると判断することができ、発電手段を不必要に駆動してしまうことを防止することができる。
各PDU14a,14b,15は、例えばトランジスタなどのスイッチング素子を複数用いてブリッジ接続してなるブリッジ回路を具備するパルス幅変調(PWM)によるPWMインバータを備えて構成されている。
なお、バッテリ16は、例えば外部の充電装置(図示略)などに接続可能な外部充電プラグ16aを備えて蓄電装置4を構成し、この外部充電プラグ16aを介して外部の充電装置により充電可能とされている。
また、走行用モータ13およびPDU15は駆動部5を構成し、例えば走行用モータ13の駆動時には、PDU15はバッテリ16または各発電用モータ12a,12bのPDU14a,14bから供給される直流電力を交流電力に変換して、走行用モータ13に供給する。
DC/DCコンバータ18は、バッテリ16の端子間電圧あるいは各PDU14a,14b,15の端子間電圧を所定の電圧値まで降圧して12Vバッテリ17を充電可能である。
なお、例えばバッテリ16の残容量(SOC:State Of Charge)が低下している場合などにおいては、12Vバッテリ17の端子間電圧を昇圧してバッテリ16を充電可能にしてもよい。
電動コンプレッサ(E−COMP)19は、空調装置用インバータ20から出力される交流電力によって駆動され、空調装置用インバータ20は、各PDU14a,14b,15あるいはバッテリ16から出力される直流電力を交流電力に変換して電動コンプレッサ19に供給する。
例えば、EV走行時或いは運転者からの要求出力に対して一定回転数で制御する場合、各FIECU31a,31bは、スロットルバルブ(図示略)を駆動する電磁アクチュエータ(図示略)に制御電流を通電して、MG/BATECU34の指示に応じたバルブ開度となるようにスロットルバルブを電子制御する。
また、運転者からの要求出力に対して追従して制御する場合、各FIECU31a,31bは、アクセルペダル開度センサ41により検出されるアクセルペダル(図示略)のストローク量に応じて、スロットルバルブ(図示略)を駆動する電磁アクチュエータ(図示略)に制御電流を通電して、アクセルペダルのストローク量に応じたバルブ開度となるようにスロットルバルブを電子制御する。
MOTECU33は、PDU15の電力変換動作を制御することで走行用モータ13の駆動および発電を制御する。
例えば、MG/BATECU34は、バッテリ16の端子間電圧と電流と温度との各検出信号に基づき、残容量(SOC:State Of Charge)などの各種の状態量を算出する。
このため、MG/BATECU34には、ハイブリッド車両1の状態量を検出する各種のセンサから出力される検出信号が入力されている。
各種のセンサは、例えば、運転者のアクセルペダルの踏み込みによるアクセルペダルのストローク量(アクセル開度)を検出するアクセルペダル開度センサ41と、ハイブリッド車両1の速度(車速)を検出する車速センサ42と、ハイブリッド車両1の走行路の勾配を検出する勾配センサ43などである。なお、勾配センサ43は省略されてもよく、この場合、MG/BATECU34は、アクセルペダル開度センサ41により検出されたアクセル開度に基づき走行路の勾配を算出すればよい。
なお、MG/BATECU34は、車速と走行路の勾配とに基づいて要求出力を取得し、算出したバッテリ16の残容量SOC(つまり、蓄電量)に基づいてバッテリ16の蓄電状態を取得する。
なお、第1所定量(例えば、EVモード許容判断残容量SOCLMTM)は、第2所定量(例えば、最大出力発電実施判断残容量SOCLMTLL)よりも大きく設定されている。
例えば、車速がアイドル停止実施判断車速VLMTL以下であれば、各内燃機関11a,11bのアイドル運転を停止する。
また、例えば、アクセル開度がゼロ以下であれば、走行用モータ13を回生制動させる。
なお、図4には、ハイブリッド車両1の各種の運転モードにおける各内燃機関11a,11bおよび各発電用モータ(G1,G2)12a,12bと、走行用モータ(M)13と、バッテリ(B)16との間での電気エネルギーの授受を模式的に示した。
また、下記表1には、ハイブリッド車両1の各種の運転モードにおける各内燃機関(ENGa,ENGb)11a,11bと、走行用モータ(M)13と、バッテリ(B)16との運転状態を示した。
この判定結果が「YES」の場合には、後述するステップS05に進む。
一方、この判定結果が「NO」の場合には、ステップS02に進む。
そして、ステップS02においては、外部充電プラグ16aが外部の充電装置に接続されたバッテリ16の充電状態であるいるか否かを判定する。
この判定結果が「NO」の場合には、ステップS03に進む。
一方、この判定結果が「YES」の場合には、ステップS04に進む。
このモード13は、外部の充電装置(図示略)によるバッテリ16の充電状態(RECHARGE)であり、各内燃機関(ENGa,ENGb)11a,11bおよび各発電用モータ(G1,G2)12a,12bと、走行用モータ(M)13とは停止の状態である。
この判定結果が「NO」の場合には、ステップS06に進む。
一方、この判定結果が「YES」の場合には、ステップS07に進む。
このモード12は、各内燃機関(ENGa,ENGb)11a,11bのアイドル停止の状態であり、バッテリ16は、各補機類(図示せず)を駆動させるための電力を供給する放電の状態であり、各発電用モータ(G1,G2)12a,12bと、走行用モータ(M)13とは停止の状態である。なお、各補機類への電力供給をバッテリ16から行なわず、12Vバッテリ17から供給してもよい。この場合、バッテリ16の充放電量をゼロ(BATT端ゼロ)とする。
この判定結果が「YES」の場合には、ステップS08に進む。
一方、この判定結果が「NO」の場合には、ステップS09に進む。
このモード11は、走行用モータ13の回生制動によって発生する回生電力によりバッテリ16を充電する減速回生の状態であり、バッテリ16の充電状態であり、各内燃機関(ENGa,ENGb)11a,11bおよび各発電用モータ(G1,G2)12a,12bとは停止の状態である。
この判定結果が「YES」の場合には、ステップS10に進む。
一方、この判定結果が「NO」の場合には、上述したステップS08に進む。
そして、ステップS10においては、バッテリ16の残容量SOCは所定の最大出力発電実施判断残容量SOCLMTLLよりも大きいか否かを判定する。
この判定結果が「NO」の場合には、ステップS11に進む。
一方、この判定結果が「YES」の場合には、上述したステップS12に進む。
なお、最大出力発電実施判断残容量SOCLMTLLは、この値以下にバッテリ16の残容量SOCが低下するようにしてバッテリ16が放電を行なうと、バッテリ16の劣化が生じる虞があり、例えば図3に示すようにバッテリ16の放電が禁止される領域を示すための値である。
このモード10は、各内燃機関(ENGa,ENGb)11a,11bの出力を最大とする連続的な定点運転を行なう状態である。
この場合、バッテリ16は各内燃機関(ENGa,ENGb)11a,11bの動力により発電する各発電用モータ(G1,G2)12a,12bから出力される発電電力により充電される状態であり、走行用モータ13はバッテリ16から供給される電力により駆動される状態である。
なお、走行用モータ13はバッテリ16から供給される電力だけでなく、各発電用モータ(G1,G2)12a,12bから出力される発電電力と合わせた電力により駆動されてもよい。
この判定結果が「NO」の場合には、ステップS13に進む。
一方、この判定結果が「YES」の場合には、上述したステップS14に進む。
なお、残容量早期回復モード移行判断残容量SOCLMTLは、この値以下にバッテリ16の残容量SOCが低下すると、少なくともバッテリ16からの電力供給のみではハイブリッド車両1の走行が困難になることから、将来的に出力が不足する可能性があることに対して予め充電を行なうことが好ましく、例えば図3に示すようにバッテリ16の放電量が小さい領域を示すための値である。
このモード9は、各内燃機関(ENGa,ENGb)11a,11bの何れか一方(例えば、第1内燃機関(ENGa)11a)の出力を最大とする連続的な定点運転を行ない、何れか他方(例えば、第2内燃機関(ENGb)11b)を停止させる状態である。
この場合、バッテリ16は第1内燃機関(ENGa)11aの動力により発電する第1発電用モータ(G1)12aから出力される発電電力により充電される状態であり、走行用モータ13はバッテリ16から供給される電力により駆動される状態である。
なお、走行用モータ13はバッテリ16から供給される電力だけでなく、第1発電用モータ(G1)12aから出力される発電電力と合わせた電力により駆動されてもよい。
この判定結果が「YES」の場合には、ステップS15に進む。
一方、この判定結果が「NO」の場合には、後述するステップS16に進む。
なお、EVモード許容判断残容量SOCLMTMは、この値よりもバッテリ16の残容量SOCが大きくなると、バッテリ16からの電力供給のみでハイブリッド車両1の走行が可能になり、例えば図3に示すようにバッテリ16の放電量が大きい領域を示すための値である。
このモード1は、バッテリ16の出力のみで走行用モータ13を駆動して走行するEVモードの状態である。
この場合、バッテリ16は走行用モータ13に電力を供給する放電の状態であり、各内燃機関(ENGa,ENGb)11a,11bおよび各発電用モータ(G1,G2)12a,12bとは停止の状態である。
この判定結果が「NO」の場合、例えば、少なくとも車速がEV走行実施判断車速VL以下またはアクセル開度がEV走行実施判断アクセル開度APL以下である場合は、上述したステップS15に進む。
一方、この判定結果が「YES」の場合には、ステップS17に進む。
そして、ステップS17においては、後述するHEVモード(基本)決定の処理を実行し、エンドに進む。
なお、上述したステップS12、14に示したように、このHEVモード(基本)決定の処理は、バッテリ16の残容量SOCが、残容量早期回復モード移行判断残容量SOCLMTLよりも大きく、かつEVモード許容判断残容量SOCLMTM以下である状態で実行される。
つまり、以下に示す各運転のモード2〜8は、例えば図3に示すようなバッテリ16の放電量が中程度の領域で選択される。
この判定結果が「NO」の場合には、ステップS22に進む。
一方、この判定結果が「YES」の場合には、ステップS23に進む。
このモード2は、各内燃機関(ENGa,ENGb)11a,11bの何れか一方(例えば、第1内燃機関(ENGa)11a)のBSFC(正味燃料消費率:Brake Specific Fuel Consumption)が最良となる間欠的な定点運転を行ない、何れか他方(例えば、第2内燃機関(ENGb)11b)を停止させる状態である。
この場合、バッテリ16は第1内燃機関(ENGa)11aの動力により発電する第1発電用モータ(G1)12aから出力される発電電力により充電される状態と走行用モータ13に電力を供給する放電の状態とが混在している。
そして、走行用モータ13はバッテリ16から供給される電力により駆動される状態である。
なお、走行用モータ13はバッテリ16から供給される電力だけでなく、第1発電用モータ(G1)12aから出力される発電電力と合わせた電力により駆動されてもよい。
この判定結果が「NO」の場合には、ステップS24に進む。
一方、この判定結果が「YES」の場合には、ステップS25に進む。
このモード3は、各内燃機関(ENGa,ENGb)11a,11bの何れか一方(例えば、第1内燃機関(ENGa)11a)のBSFCが最良となる連続的な定点運転を行ない、何れか他方(例えば、第2内燃機関(ENGb)11b)を停止させる状態である。
この場合、バッテリ16は充放電電流がゼロ(BATT端ゼロ)であり、走行用モータ13は第1内燃機関(ENGa)11aの動力により発電する第1発電用モータ(G1)12aから出力される発電電力により駆動される状態である。
この判定結果が「NO」の場合には、ステップS26に進む。
一方、この判定結果が「YES」の場合には、ステップS27に進む。
このモード4は、各内燃機関(ENGa,ENGb)11a,11bの何れか一方(例えば、第1内燃機関(ENGa)11a)のBSFCが最良となる連続的な定点運転を行ない、何れか他方(例えば、第2内燃機関(ENGb)11b)のBSFCが最良となる間欠的な定点運転を行なう状態である。
この場合、バッテリ16は第2内燃機関(ENGb)11bの動力により発電する第2発電用モータ(G2)12bから出力される発電電力により充電される状態と走行用モータ13に電力を供給する放電の状態とが混在している。
そして、走行用モータ13はバッテリ16から供給される電力および第1内燃機関(ENGa)11aの動力により発電する第1発電用モータ(G1)12aから出力される発電電力により駆動される状態である。
この判定結果が「NO」の場合には、ステップS28に進む。
一方、この判定結果が「YES」の場合には、ステップS29に進む。
このモード5は、各内燃機関(ENGa,ENGb)11a,11bのBSFCが最良となる連続的な定点運転を行なう状態である。
この場合、バッテリ16は充放電電流がゼロ(BATT端ゼロ)であり、走行用モータ13は各内燃機関(ENGa,ENGb)11a,11bの動力により発電する各発電用モータ(G1,G2)12a,12bから出力される発電電力により駆動される状態である。
この判定結果が「NO」の場合には、ステップS30に進む。
一方、この判定結果が「YES」の場合には、ステップS31に進む。
このモード6は、各内燃機関(ENGa,ENGb)11a,11bの何れか一方(例えば、第1内燃機関(ENGa)11a)で出力追従運転を行い、何れか他方(例えば、第2内燃機関(ENGb)11b)のBSFCが最良となる連続的な定点運転を行なう状態である。
この場合、バッテリ16は充放電電流がゼロ(BATT端ゼロ)であり、走行用モータ13は各内燃機関(ENGa,ENGb)11a,11bの動力により発電する各発電用モータ(G1,G2)12a,12bから出力される発電電力により駆動される状態である。
この判定結果が「NO」の場合には、ステップS32に進む。
一方、この判定結果が「YES」の場合には、ステップS33に進む。
このモード7は、各内燃機関(ENGa,ENGb)11a,11bで出力追従運転を行う状態である。
この場合、バッテリ16は充放電電流がゼロ(BATT端ゼロ)であり、走行用モータ13は各内燃機関(ENGa,ENGb)11a,11bの動力により発電する各発電用モータ(G1,G2)12a,12bから出力される発電電力により駆動される状態である。
この場合、バッテリ16は充放電電流がゼロ(BATT端ゼロ)であり、走行用モータ13は各内燃機関(ENGa,ENGb)11a,11bの動力により発電する各発電用モータ(G1,G2)12a,12bから出力される発電電力により駆動される状態である。
また、上述したステップS10〜ステップS17においては、バッテリ16の残容量SOCの制御(つまり、充電あるいはEV走行による放電の制御)が行なわれている。
また、各内燃機関11a,11bは、車速と走行路の勾配とに基づいて、例えば低速時には各内燃機関11a,11bの回転速度を所定速度以下の定点回転(例えば、BSFCが最良となる連続的な定点運転など)に規制し、各電源2,3を構成する複数の各発電用モータ12a,12bの駆動および非駆動の切り替えを制御する。
これにより、高効率で各内燃機関11a,11bの運転を制御すると共に、各発電用モータ12a,12bの最適な出力量を調整することができ、不必要な出力を抑制することができる。
さらに、低速のときには各内燃機関11a,11bのアイドル運転の停止や蓄電装置4から走行用モータ13への電力供給により走行することで燃費を増大させることができる。
また、アクセル開度が所定開度以下の場合には、運転者による加速要求がない状態、すなわち回生中であると判断することができ、各電源2,3を不必要に駆動してしまうことを防止することができる。
この場合には、各電源2,3の運転効率が最大となる状態(例えば、BSFCが最良となる状態など)が異なることから、要求出力に応じて、各電源2,3の運転状態を組み合わせて運転効率を増大させる際の柔軟性を向上させることができる。
この場合には、各電源2,3の運転効率が最大となる状態(例えば、BSFCが最良となる状態など)が異なると共に、騒音および振動の特性が異なることから、要求出力と、騒音および振動に対する要求とに応じて、各電源2,3の運転状態を組み合わせて運転効率を増大させる際や騒音および振動を低減させる際の柔軟性を向上させることができる。
例えば運転時の騒音に対して静粛性が要求される運転状態において、より多気筒の第1内燃機関(ENGa)11aを優先して運転することにより、商品性の切り替えが可能になる。
この場合には、要求される効率や出力や費用などに応じて燃料を切り替えることが可能であり、走行地域での燃料入手の容易性や要求される排ガス性能などに応じて第2電源3と他の電源との運転を切り替えることが可能になる。
この場合には、複数の各電源2,3,6の運転状態を組み合わせて運転効率を増大させる際の柔軟性を、より一層、向上させることができる。
この場合には、シリーズ型およびパラレル型の併用による運転が可能であり、要求出力と、動力の伝達効率とに応じて、各電源2,3,6の運転状態を組み合わせて柔軟に制御を切り替えることができる。
例えば、少なくとも車速がEV走行実施判断車速VL以下(つまり、極低速)またはアクセル開度がEV走行実施判断アクセル開度APL以下であって、車速およびアクセル開度に基づく要求駆動用出力PREQが所定のEVモード(モード1)上限判定要求出力PREQ1H以下であれば、バッテリ16の出力のみで走行用モータ13を駆動するEV走行を実行してもよい。
2 第1電源(発電手段)
3 第2電源(発電手段)
4 蓄電装置(蓄電手段)
5 駆動部(駆動手段)
10 ハイブリッド車両の制御装置
11a 第1内燃機関(ENGa)(内燃機関)
11b 第2内燃機関(ENGb)(内燃機関)
12a 第1発電用モータ(GENa)(発電機)
12b 第2発電用モータ(GENb)(発電機)
13 走行用モータ(MOT)(電動機)
16 バッテリ(蓄電器)
34 MG/BATECU(制御手段)
Claims (12)
- 内燃機関および該内燃機関の運転により発電する発電機を有する複数の発電手段と、
車両の駆動源である電動機に電力を供給する蓄電器を有する蓄電手段と、
前記蓄電手段および前記発電手段の少なくとも何れか1つからの電力供給によって駆動する前記電動機を有する駆動手段と、
前記蓄電手段および前記発電手段および前記駆動手段を制御する制御手段とを備え、
前記制御手段は、要求出力および蓄電状態、あるいは、前記要求出力または前記蓄電状態に応じた運転点で前記内燃機関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。 - 前記複数の発電手段は発電量が同一であり、
前記制御手段は、前記車両の速度と走行路の勾配とに基づいて前記要求出力を取得し、前記蓄電器の蓄電量に基づいて前記蓄電状態を取得す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の制御装置。 - 前記制御手段は、前記蓄電量が第1所定量よりも大きい場合に前記発電手段の発電を禁止し、前記蓄電量が第2所定量以下の場合に前記複数の発電手段を最大出力で発電させることを特徴とする請求項2に記載のハイブリッド車両の制御装置。
- 前記制御手段は、前記速度が所定速度以下またはアクセル開度が所定開度以下の場合に前記発電手段の発電を禁止することを特徴とする請求項1から請求項3の何れか1つに記載のハイブリッド車両の制御装置。
- 前記制御手段は、前記蓄電量が所定範囲内であって、前記要求出力が第1所定出力よりも大きく、かつ前記第1所定出力よりも大きい第2所定出力以下の場合に、前記複数の発電手段のうち少なくとも1つの前記発電手段を最良効率で間欠的に発電させ、前記少なくとも1つ以外の前記発電手段の発電を禁止することを特徴とする請求項1から請求項4の何れか1つに記載のハイブリッド車両の制御装置。
- 前記制御手段は、前記蓄電量が所定範囲内であって、前記要求出力が第2所定出力よりも大きく、かつ前記第2所定出力よりも大きい第3所定出力以下の場合に、前記複数の発電手段のうち少なくとも1つの前記発電手段を最良効率で連続的に発電させ、前記少なくとも1つ以外の前記発電手段の発電を禁止することを特徴とする請求項1から請求項5の何れか1つに記載のハイブリッド車両の制御装置。
- 前記制御手段は、前記蓄電量が所定範囲内であって、前記要求出力が第3所定出力よりも大きく、かつ前記第3所定出力よりも大きい第4所定出力以下の場合に、前記複数の発電手段のうち少なくとも1つの前記発電手段を最良効率で連続的に発電させ、前記少なくとも1つ以外の前記発電手段を最良効率で間欠的に発電させることを特徴とする請求項1から請求項6の何れか1つに記載のハイブリッド車両の制御装置。
- 前記制御手段は、前記蓄電量が所定範囲内であって、前記要求出力が第4所定出力よりも大きく、かつ前記第4所定出力よりも大きい第5所定出力以下の場合に、前記複数の発電手段を最良効率で連続的に発電させることを特徴とする請求項1から請求項7の何れか1つに記載のハイブリッド車両の制御装置。
- 前記制御手段は、前記蓄電量が所定範囲内であって、前記要求出力が第5所定出力よりも大きく、かつ前記第5所定出力よりも大きい第6所定出力以下の場合に、前記複数の発電手段のうち少なくとも1つの前記発電手段を前記電動機の出力が前記要求出力に追従するように発電させ、前記少なくとも1つ以外の前記発電手段を最良効率で連続的に発電させることを特徴とする請求項1から請求項8の何れか1つに記載のハイブリッド車両の制御装置。
- 前記制御手段は、前記蓄電量が所定範囲内であって、前記要求出力が第6所定出力よりも大きく、かつ前記第6所定出力よりも大きい第7所定出力以下の場合に、前記複数の発電手段を前記電動機の出力が前記要求出力に追従するように発電させることを特徴とする請求項1から請求項9の何れか1つに記載のハイブリッド車両の制御装置。
- 前記制御手段は、前記蓄電量が所定範囲内であって、前記要求出力が第7所定出力よりも大きい場合に、前記複数の発電手段を最大出力で発電させることを特徴とする請求項1から請求項10の何れか1つに記載のハイブリッド車両の制御装置。
- 内燃機関および該内燃機関の運転により発電する発電機を有する複数の発電手段と、
車両の駆動源である電動機に電力を供給する蓄電器を有する蓄電手段と、
前記蓄電手段および前記発電手段の少なくとも一方からの電力供給によって駆動する前記電動機を有する駆動手段とを制御し、
要求出力および蓄電状態、あるいは、前記要求出力または前記蓄電状態に応じた運転点で前記内燃機関を制御することを特徴とするハイブリッド車両の制御方法。
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