JP2012236564A - ハイブリッド自動車の制御装置、ハイブリッド自動車およびハイブリッド自動車の制御方法、並びにプログラム - Google Patents

Abstract

【課題】暖機運転を行いながらも燃費の向上に寄与すること。
【解決手段】エンジン１０と電動機１３と電動機１３に電力を供給するバッテリ１５とを有し、エンジン１０もしくは電動機１３により走行可能であり、またはエンジン１０と電動機１３とが協働して走行可能であり、エンジン１０を暖機運転させる暖機運転スイッチ２３を有し、暖機運転スイッチ２３がＯＮ状態のときにはエンジン１０の負荷として排気ブレーキ２０を動作させるハイブリッド自動車１のハイブリッドＥＣＵ１８において、バッテリ１５のＳＯＣが所定のＳＯＣ以下のときには、暖機運転スイッチ２３がＯＮ状態になるとエンジン１０の負荷として排気ブレーキ２０の動作に代えて、電動機１３をバッテリ１５に充電を行うように発電機として動作させる構成とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、ハイブリッド自動車の制御装置、ハイブリッド自動車およびハイブリッド自動車の制御方法、並びにプログラムに関する。

エンジンの暖機を素早く終了させるために、排気ブレーキを動作させ、エンジンを高負荷で運転させる制御が行われている（たとえば特許文献１参照）。

特開２００３−２６９１８１号公報

上述したような暖機運転のための制御は、ハイブリッド自動車においても行われているが、燃費の改善を目指しているハイブリッド自動車において、暖機を素早く終了させるためだけにエンジンを高負荷で運転させることは、燃費の改善の観点からみると相反するものである。

本発明は、このような背景の下に行われたものであって、暖機を素早く終了させるための暖機運転を行いながらも燃費の向上に寄与することができるハイブリッド自動車の制御装置、ハイブリッド自動車およびハイブリッド自動車の制御方法、並びにプログラムを提供することを目的とする。

本発明のひとつの観点は、ハイブリッド自動車の制御装置としての観点である。本発明のハイブリッド自動車の制御装置は、エンジンと電動機と電動機に電力を供給するバッテリとを有し、エンジンもしくは電動機により走行可能であり、またはエンジンと電動機とが協働して走行可能であり、エンジンを暖機運転させる暖機運転スイッチを有し、暖機運転スイッチがＯＮ状態のときにはエンジンの負荷として排気ブレーキを動作させるハイブリッド自動車の制御装置において、バッテリの充電容量を表す値が所定の値以下のときには、暖機運転スイッチがＯＮ状態になるとエンジンの負荷として排気ブレーキの動作に代えて、電動機をバッテリに充電を行うように発電機として動作させる制御手段を有するものである。

本発明の他の観点は、ハイブリッド自動車としての観点である。本発明のハイブリッド自動車は、本発明のハイブリッド自動車の制御装置を有するものである。

本発明のさらに他の観点は、ハイブリッド自動車の制御方法である。本発明のハイブリッド自動車の制御方法は、エンジンと電動機と電動機に電力を供給するバッテリとを有し、エンジンもしくは電動機により走行可能であり、またはエンジンと電動機とが協働して走行可能であり、エンジンを暖機運転させる暖機運転スイッチを有し、暖機運転スイッチがＯＮ状態のときにはエンジンの負荷として排気ブレーキを動作させるハイブリッド自動車の制御方法において、バッテリの充電容量を表す値が所定の値以下のときには、暖機運転スイッチがＯＮ状態になるとエンジンの負荷として排気ブレーキの動作に代えて、電動機をバッテリに充電を行うように発電機として動作させる制御ステップを有するものである。

本発明のさらに他の観点は、プログラムとしての観点である。本発明のプログラムは、コンピュータ装置に、エンジンと電動機と電動機に電力を供給するバッテリとを有し、エンジンもしくは電動機により走行可能であり、またはエンジンと電動機とが協働して走行可能であり、エンジンを暖機運転させる暖機運転スイッチを有し、暖機運転スイッチがＯＮ状態のときにはエンジンの負荷として排気ブレーキを動作させるハイブリッド自動車の制御機能を実現させるプログラムにおいて、バッテリの充電容量を表す値が所定の値以下のときには、暖機運転スイッチがＯＮ状態になるとエンジンの負荷として排気ブレーキの動作に代えて、電動機をバッテリに充電を行うように発電機として動作させる制御機能を実現させるものである。

本発明によれば、暖機を素早く終了させるための暖機運転を行いながらも燃費の向上に寄与することができる。

本発明の実施の形態のハイブリッド自動車の構成の例を示すブロック図である。 図１のハイブリッドＥＣＵにおいて実現される機能の構成の例を示すブロック図である。 図２の暖機運転制御部の暖機運転制御処理を示すフローチャートである。

以下、本発明の実施の形態のハイブリッド自動車について、図１〜図３を参照しながら説明する。

（概要について）
ハイブリッド自動車１は、エンジン１０と電動機１３と電動機１３に電力を供給するバッテリ１５とを有し、エンジン１０もしくは電動機１３により走行可能であり、またはエンジン１０と電動機１３とが協働して走行可能であり、エンジン１０によって電動機１３を発電機として動作させることでバッテリ１５を充電するための回生発電が可能である。そこでハイブリッド自動車１では、エンジン１０を素早く暖機させるために行われる暖機運転の期間中には、エンジン１０によって電動機１３を動作させ、回生発電を行うことで、エンジン１０の出力を電力に変換することにより有効に利用する。

（ハイブリッド自動車１の構成について）
図１は、ハイブリッド自動車１の構成の例を示すブロック図である。ハイブリッド自動車１は、車両の一例である。ハイブリッド自動車１は、エンジン１０、エンジンＥＣＵ（Electronic Control Unit）１１、クラッチ１２、電動機１３、インバータ１４、バッテリ１５、トランスミッション１６、電動機ＥＣＵ１７、ハイブリッドＥＣＵ１８（請求項でいう制御装置）、車輪１９、排気ブレーキ２０、キースイッチ２１、シフト部２２、および機運転スイッチ２３を有して構成される。トランスミッション１６は、半自動トランスミッションを有し、ドライブレンジ（以下では、Ｄ(Drive)レンジと記す）を有するシフト部２２により操作される。なお、半自動トランスミッションとは、マニュアルトランスミッションと同じ構成を有しながら自動化されたクラッチ１２と協働して変速操作を自動的に行うことができるトランスミッションである。

エンジン１０は、内燃機関の一例であり、エンジンＥＣＵ１１によって制御され、ガソリン、軽油、ＣＮＧ(Compressed Natural Gas)、ＬＰＧ(Liquefied Petroleum Gas)、または代替燃料等を内部で燃焼させて、軸を回転させる動力を発生させ、発生した動力を電動機１３を介してクラッチ１２に伝達する。

エンジンＥＣＵ１１は、ハイブリッドＥＣＵ１８からの指示に従うことにより、電動機ＥＣＵ１７と連携動作するコンピュータであり、燃料噴射量やバルブタイミングなど、エンジン１０を制御する。また、エンジンＥＣＵ１１は、ハイブリッドＥＣＵ１８からの指示に従うことにより、排気ブレーキ２０の制御も行う。たとえば、エンジンＥＣＵ１１は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）、マイクロプロセッサ（マイクロコンピュータ）、ＤＳＰ（Digital Signal Processor）などにより構成され、内部に、演算部、メモリ、およびＩ／Ｏ（Input/Output）ポートなどを有する。

クラッチ１２は、ハイブリッドＥＣＵ１８からの変速指示信号に基づき電動機１３の回転軸とトランスミッション１６の入力軸とを接状態または断状態にするものである。なお、クラッチ１２の機構自体は、運転者がクラッチペダルを操作して電動機１３の回転軸とトランスミッション１６の入力軸とを接状態または断状態に操作するものと同じものである。また、運転者が不図示のクラッチペダルを操作することにより、ハイブリッドＥＣＵ１８による制御の他に、電動機１３の回転軸とトランスミッション１６の入力軸とを接状態または断状態に操作できるようにしてもよい。

電動機１３は、いわゆる、電動機ジェネレータであり、インバータ１４から供給された電力により、軸を回転させる動力を発生させて、その軸出力をクラッチ１２を介してトランスミッション１６に供給するか、またはクラッチ１２を介してトランスミッション１６から供給された軸を回転させる動力によって発電し、その電力をインバータ１４に供給する。たとえば、ハイブリッド自動車１が加速しているときまたは定速で走行しているときにおいて、電動機１３は、軸を回転させる動力を発生させて、その軸出力をクラッチ１２を介してトランスミッション１６に供給し、エンジン１０と協働してハイブリッド自動車１を走行させる。また、たとえば、電動機１３がエンジン１０によって駆動されているとき、またはハイブリッド自動車１が減速しているとき、もしくは下り坂を走行しているときなどにおいて、電動機１３は、発電機として動作し、この場合、クラッチ１２を介してトランスミッション１６から供給された軸を回転させる動力によって発電して、電力をインバータ１４に供給し、バッテリ１５が充電される。

インバータ１４は、電動機ＥＣＵ１７によって制御され、バッテリ１５からの直流電圧を交流電圧に変換するか、または電動機１３からの交流電圧を直流電圧に変換する。電動機１３が動力を発生させる場合、インバータ１４は、バッテリ１５の直流電圧を交流電圧に変換して、電動機１３に電力を供給する。電動機１３が発電する場合、インバータ１４は、電動機１３からの交流電圧を直流電圧に変換する。すなわち、この場合、インバータ１４は、バッテリ１５に直流電圧を供給するための整流器および電圧調整装置としての役割を果たす。

バッテリ１５は、充放電可能な二次電池であり、電動機１３が動力を発生させるとき、電動機１３にインバータ１４を介して電力を供給するか、または電動機１３が発電しているとき、電動機１３が発電する電力によって充電される。

トランスミッション１６は、ハイブリッドＥＣＵ１８からの変速指示信号に従って、複数のギア比（変速比）のいずれかを選択する半自動トランスミッション（図示せず）を有し、変速比を切り換えて、変速されたエンジン１０の動力および／または電動機１３の動力を車輪１９に伝達する。また、減速しているとき、もしくは下り坂を走行しているときなど、トランスミッション１６は、車輪１９からの動力をクラッチ１２を介して電動機１３に伝達する。また、トランスミッション１６が変速する際には、クラッチ１２がいったん断状態に制御される。このように、ハイブリッドＥＣＵ１８は、トランスミッション１６とクラッチ１２とを協働させてハイブリッド自動車１の自動変速を実施する。なお、半自動トランスミッションは、運転者がシフト部２２を操作して手動で任意のギア段にギア位置を変更することもできる。

電動機ＥＣＵ１７は、ハイブリッドＥＣＵ１８からの指示に従うことにより、エンジンＥＣＵ１１と連携動作するコンピュータであり、インバータ１４を制御することによって電動機１３を制御する。たとえば、電動機ＥＣＵ１７は、ＣＰＵ、ＡＳＩＣ、マイクロプロセッサ（マイクロコンピュータ）、ＤＳＰなどにより構成され、内部に、演算部、メモリ、およびＩ／Ｏポートなどを有する。

ハイブリッドＥＣＵ１８は、コンピュータの一例であり、ハイブリッド走行のために、アクセル開度情報、ブレーキ操作情報、車速情報、ギア位置情報、エンジン回転速度情報、エンジン１０の冷却水の水温（これを冷却水温と称する）の情報である冷却水温情報、および充電状態（以下では、ＳＯＣ:State of Chargeという）情報を取得する。取得したこれらの情報に基づいて、ハイブリッドＥＣＵ１８は、変速指示信号を供給することでクラッチ１２およびトランスミッション１６を制御し、電動機ＥＣＵ１７に対して電動機１３およびインバータ１４の制御指示を与え、エンジンＥＣＵ１１に対してエンジン１０の制御指示を与える。さらにハイブリッドＥＣＵ１８は、冷却水温情報および暖機運転スイッチ２３の操作情報に基づき「暖機運転」の処理を実行するための指示をエンジンＥＣＵ１１および電動機ＥＣＵ１７に行う。たとえば、ハイブリッドＥＣＵ１８は、ＣＰＵ、ＡＳＩＣ、マイクロプロセッサ（マイクロコンピュータ）、ＤＳＰなどにより構成され、内部に、演算部、メモリ、およびＩ／Ｏポートなどを有する。

なお、ハイブリッドＥＣＵ１８によって実行されるプログラムは、ハイブリッドＥＣＵ１８の内部の不揮発性のメモリにあらかじめ記憶しておくことで、コンピュータであるハイブリッドＥＣＵ１８にあらかじめインストールしておくことができる。

エンジンＥＣＵ１１、電動機ＥＣＵ１７、およびハイブリッドＥＣＵ１８は、ＣＡＮ（Control Area Network）などの規格に準拠したバスなどにより相互に接続されている。

車輪１９は、路面に駆動力を伝達する駆動輪である。なお、図１において、１つの車輪１９のみが図示されているが、実際には、ハイブリッド自動車１は、複数の車輪１９を有する。

排気ブレーキ２０は、エンジン１０の排気管に設けられており、排気ブレーキ２０が動作すると排気ガスが外に排気される際の抵抗が高まる。これによってエンジン１０のフリクションを増大させてエンジンブレーキの効果を増大させることができる。また、エンジン１０のフリクションが増大するのでエンジン１０を高負荷で運転することができる。なお、排気ブレーキ２０を動作させるということは、排気ブレーキ２０の内部にある電磁弁（不図示）を閉じることである。

キースイッチ２１は、運転を開始するときにユーザにより、たとえばキーが差し込まれてＯＮ／ＯＦＦされるスイッチであり、これがＯＮ状態になることによってハイブリッド自動車１の各部は起動し、キースイッチ２１がＯＦＦ状態になることによってハイブリッド自動車１の各部は停止する。

シフト部２２は、既に説明したように、トランスミッション１６の半自動トランスミッションに運転者からの指示を与えるものであり、シフト部２２がＤレンジにあるときには、半自動トランスミッションの変速操作が自動化される。

暖機運転スイッチ２３は、運転者がハイブリッド自動車１を暖機運転させたいときに操作するスイッチであり、不図示の運転室に備えられている。

図２は、プログラムを実行するハイブリッドＥＣＵ１８において実現される機能の構成の例を示すブロック図である。すなわち、ハイブリッドＥＣＵ１８がプログラムを実行すると、暖機運転制御部３０（請求項でいう制御手段）の機能が実現される。

暖機運転制御部３０は、暖機運転スイッチ２３の操作情報、ＳＯＣ情報、および冷却水温情報を入力し、エンジンＥＣＵ１１および電動機ＥＣＵ１７に対し、エンジン制御指示、回生制御指示、および排気ブレーキ制御指示を出力する。

次に、図３のフローチャートを参照して、プログラムを実行するハイブリッドＥＣＵ１８において行われる、暖機運転制御部３０の暖機運転制御の処理を説明する。なお、図３のフローチャートにおける「ＳＴＡＲＴ」から「ＥＮＤ」までの処理は、１周期分の処理であり、キースイッチ２１がＯＮ状態である限り、繰り返し実行される。

図３の「ＳＴＡＲＴ」では、ハイブリッド自動車１は停車中（すなわち発進待機の状態）であるがキースイッチ２１が操作されてエンジン１０が始動している状態であり、ハイブリッドＥＣＵ１８がプログラムを実行し、ハイブリッドＥＣＵ１８に暖機運転制御部３０が実現されている状態であり、手続きはステップＳ１に進む。

ステップＳ１において、暖機運転制御部３０は、暖機運転スイッチ２３がＯＮ状態に操作されているか否かを判定する。暖機運転スイッチ２３がＯＮ状態であると判定されると手続きはステップＳ２に進む。一方、暖機運転スイッチ２３がＯＦＦ状態であると処理を終了する（ＥＮＤ）。これにより、通常の暖機運転によりエンジン１０の暖機が行われることになる。

ステップＳ２において、暖機運転制御部３０は、冷却水温は所定の温度以下か否かを判定する。冷却水温が所定の温度以下であると判定されると、手続きはステップＳ３に進む。一方、冷却水温が所定の温度を超えていると判定されると、処理を終了する（ＥＮＤ）。なお、ここで「所定の温度」は、たとえば冷却水温が不図示のラジエタにおけるサーモスタットを動作させる下限の温度である。

ステップＳ３において、暖機運転制御部３０は、ＳＯＣが所定のＳＯＣ以下か否かを判定する。ＳＯＣが所定のＳＯＣ以下であると判定されると、手続きはステップＳ４に進む。一方、ＳＯＣが所定のＳＯＣを超えていると判定されると、手続きはステップＳ５に進む。なお、ここで所定のＳＯＣは、たとえばバッテリ１５が過充電にならない上限のＳＯＣである。

ステップＳ４において、暖機運転制御部３０は、発電制御を実施してステップＳ６の手続きに進む。

ステップＳ５において、暖機運転制御部３０は、排気ブレーキ２０を動作させてステップＳ６の手続きに進む。

ステップＳ６において、暖機運転制御部３０は、冷却水温は所定の温度以上か否かを判定する。冷却水温が所定の温度以上であると判定されると、処理を終了する（ＥＮＤ）。一方、冷却水温が所定の温度未満であると判定されると、手続きはステップＳ３に戻る。なお、ステップＳ６における「所定の温度」は、ステップＳ２における「所定の温度」とは異なり、ステップＳ６における「所定の温度」は、エンジン１０が十分に暖機されたと判断できる温度である。

（効果について）
停車中のハイブリッド自動車１において、暖機運転スイッチ２３がＯＮ状態となったときには、エンジン１０の出力を用いて電動機１３により発電を行うことにより、暖機中のエンジン１０の出力を電力に変換することで有効利用することができる。これにより、ハイブリッド自動車１は、暖機運転を行うことにより、バッテリ１５のＳＯＣを高く保つことができる。これによれば、ハイブリッド自動車１において、エンジン１０のトルクを電動機１３のトルクでアシストする際の電力が豊富になるので、エンジン１０の燃料消費を抑えることができる。すなわち、ハイブリッド自動車１は、暖機を素早く終了させるための暖機運転を行いながらも燃費の向上に寄与することができる。

なお、バッテリ１５のＳＯＣが高い場合には、従来のように、排気ブレーキ２１を動作させた状態での暖機を行うので、バッテリ１５のＳＯＣが高くても暖機運転を行うことができる。

（その他の実施の形態）
上述の実施の形態では、ＳＯＣが高く、暖機を素早く終了させるための暖機運転中に電動機１３による発電が行えない場合に、排気ブレーキ２１を動作させて暖機運転を行うと説明したが、暖機時間をさらに短縮させたい場合に、電動機１３による発電を行いつつ、排気ブレーキ２１を動作させて暖機運転を行ってもよい。なお、暖機運転時間をさらに短縮するか否かは、暖機時間の更なる短縮指示を運転者が暖機運転制御部３０に対して行うことで決定してもよいし、あるいは、図３のフローチャートの暖機運転実行中に、暖機運転が所定時間以上経過しても終了しないことを暖機運転制御部３０が検出すると暖機時間の更なる短縮を自動的に行うようにしてもよい。

図３のフローチャートの説明において、「未満」を「以下」とし、「以上」を「超える」とするなど、判定の境界値については様々に変更してよい。

エンジン１０は、内燃機関であると説明したが、外燃機関を含む熱機関であってもよい。

また、ハイブリッドＥＣＵ１８によって実行されるプログラムは、ハイブリッドＥＣＵ１８にあらかじめインストールされると説明したが、プログラムが記録されている（プログラムを記憶している）リムーバブルメディアを図示せぬドライブなどに装着し、リムーバブルメディアから読み出したプログラムをハイブリッドＥＣＵ１８の内部の不揮発性のメモリに記憶することにより、または、有線または無線の伝送媒体を介して送信されてきたプログラムを、図示せぬ通信部で受信し、ハイブリッドＥＣＵ１８の内部の不揮発性のメモリに記憶することで、コンピュータであるハイブリッドＥＣＵ１８にインストールすることができる。

また、各ＥＣＵは、これらを１つにまとめたＥＣＵにより実現してもよいし、あるいは、各ＥＣＵの機能をさらに細分化したＥＣＵを新たに設けてもよい。

なお、コンピュータが実行するプログラムは、本明細書で説明する順序に沿って時系列に処理が行われるプログラムであってもよいし、並列に、あるいは呼び出しが行われたとき等の必要なタイミングで処理が行われるプログラムであってもよい。

また、本発明の実施の形態は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更が可能である。

１…ハイブリッド自動車、１０…エンジン、１１…エンジンＥＣＵ、１３…電動機、１４…インバータ、１５…バッテリ、１６…トランスミッション、１７…電動機ＥＣＵ、１８…ハイブリッドＥＣＵ（制御装置）、１９…車輪、２０…排気ブレーキ、２３…暖機運転スイッチ

Claims (4)

1. エンジンと電動機と前記電動機に電力を供給するバッテリとを有し、前記エンジンもしくは前記電動機により走行可能であり、または前記エンジンと前記電動機とが協働して走行可能であり、前記エンジンを暖機運転させる暖機運転スイッチを有し、前記暖機運転スイッチがＯＮ状態のときには前記エンジンの負荷として排気ブレーキを動作させるハイブリッド自動車の制御装置において、
   前記バッテリの充電容量を表す値が所定の値以下のときには、前記暖機運転スイッチがＯＮ状態になると前記エンジンの負荷として、前記排気ブレーキの動作に代えて、前記電動機を前記バッテリに充電を行うように発電機として動作させる制御手段を有する、
   ことを特徴とするハイブリッド自動車の制御装置。
2. 請求項１記載のハイブリッド自動車の制御装置を有することを特徴とするハイブリッド自動車。
3. エンジンと電動機と前記電動機に電力を供給するバッテリとを有し、前記エンジンもしくは前記電動機により走行可能であり、または前記エンジンと前記電動機とが協働して走行可能であり、前記エンジンを暖機運転させる暖機運転スイッチを有し、前記暖機運転スイッチがＯＮ状態のときには前記エンジンの負荷として排気ブレーキを動作させるハイブリッド自動車の制御方法において、
   前記バッテリの充電容量を表す値が所定の値以下のときには、前記暖機運転スイッチがＯＮ状態になると前記エンジンの負荷として、前記排気ブレーキの動作に代えて、前記電動機を前記バッテリに充電を行うように発電機として動作させる制御ステップを有する、
   ことを特徴とするハイブリッド自動車の制御方法。
4. コンピュータ装置に、
   エンジンと電動機と前記電動機に電力を供給するバッテリとを有し、前記エンジンもしくは前記電動機により走行可能であり、または前記エンジンと前記電動機とが協働して走行可能であり、前記エンジンを暖機運転させる暖機運転スイッチを有し、前記暖機運転スイッチがＯＮ状態のときには前記エンジンの負荷として排気ブレーキを動作させるハイブリッド自動車の制御機能を実現させるプログラムにおいて、
   前記バッテリの充電容量を表す値が所定の値以下のときには、前記暖機運転スイッチがＯＮ状態になると前記エンジンの負荷として前記排気ブレーキの動作に代えて、前記電動機を前記バッテリに充電を行うように発電機として動作させる制御機能を実現させる、
   ことを特徴とするプログラム。

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