JP2013103647A - ハイブリッド電気自動車の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】車両発進時の負荷が大きい場合にも不要な電力消費を排除し、バッテリのＳＯＣの低下を抑制することのできるハイブリッド電気自動車の制御装置を提供すること。
【解決手段】エンジン２とモータ４との間にクラッチ６が設けられたハイブリッド電気自動車の発進時において、統合ＥＣＵ２２は、要求トルクが最大モータトルクに達した場合には（ｔ１）、モータトルクを０にするとともに、クラッチ６を接続していくことでエンジントルクを増加させ、車両が発進し始めた時点（ｔ２）からモータトルクを復帰させる。
【選択図】図３

Description

本発明は、駆動源としてエンジンとモータとを備えるハイブリッド電気自動車の制御装置に係り、詳しくは車両発進時におけるエンジン及びモータのトルク配分制御に関する。

近年、燃費や排ガス性能の向上等を目的に、駆動源としてエンジンとモータとを備えるハイブリッド電気自動車が開発されている。
このようなハイブリッド電気自動車においては、高トルクの発生が可能なモータを用いて、車両の発進を行うことが可能である。
そこで、発進制御前にバッテリの蓄電量（以下、ＳＯＣ：State Of Chargeという）等の車両状態に基づきモータが発生させるトルク（以下、モータトルクという）のみでの発進が可能であるか否かを判断し、モータトルクのみでの発進制御中に積載量や路面勾配等の車両の負荷状況を判断してエンジンアシストが必要であるか否かの判断を行うことで、車両状態や車両の負荷状態に応じた適切な発進を行う車両のハイブリッドシステムが開発されている（特許文献１参照）。

特開２００４−１７９１９号公報

上記特許文献１記載の技術では、積載量が大きい場合や登坂路での発進の場合で車両の発進に要する負荷が大きい場合には、モータトルクのみを発生させつつ、クラッチを接続することでエンジンアシストを行っている。
しかしながら、クラッチの接続処理を開始してエンジンアシストにより発進に要する負荷以上のトルクが発生するまでの間は、車両は停止しているにも関わらずモータは常に最大限のトルクを発生させていることとなる。

例えば渋滞時等で、このような発進が繰り返されると電力消費が大きくなり、バッテリのＳＯＣが大幅に低下する。それにより、ＳＯＣが回復するまでの期間モータの使用が制限されれば、所望の燃費低減効果や排ガス性能を実現できなくなるおそれがある。
本発明はこのような問題を解決するためになされたもので、その目的とするところは、車両発進時の負荷が大きい場合にも不要な電力消費を排除し、バッテリのＳＯＣの低下を抑制することのできるハイブリッド電気自動車の制御装置を提供することにある。

上記した目的を達成するために、請求項１のハイブリッド電気自動車の制御装置では、駆動源としてエンジン及びモータを備えたハイブリッド電気自動車の制御装置であって、前記エンジン及び前記モータとの間に設けられ、当該エンジンから当該モータを介して駆動輪へと伝達される当該エンジンの駆動力の接続及び遮断を行うクラッチ手段と、前記モータが発生させるトルクに関わる情報に基づき、当該モータのみでの発進の可否を判定するモータ発進判定手段と、車両停止状態から、車両発進要求に応じて前記モータによるトルクを発生させ、前記モータ発進判定手段により当該モータのみによる発進が不可であると判定された場合には、当該モータによるトルクの発生を停止するとともに、前記クラッチ手段を接続していくことで前記エンジンによるトルクにより車両発進を行い、車両が発進し始めた時点から前記モータによるトルクの発生を復帰させるよう制御する車両発進制御手段と、を備えることを特徴としている。

請求項２のハイブリッド電気自動車の制御装置では、請求項１において、前記モータ発進判定手段は、車両が発進し始める前に、前記車両に要求されるトルクが、前記モータのみによる発進で使用可能な最大限のモータトルクより大となる場合に、前記モータのみでの発進は不可であると判定することを特徴としている。

請求項３のハイブリッド電気自動車の制御装置では、請求項１において、前記モータ発進判定手段は、車両が発進し始める前に、前記モータによるトルクが、所定の閾値以上にある状態を所定時間以上継続した場合に、前記モータのみでの発進は不可であると判定することを特徴としている。
請求項４のハイブリッド電気自動車の制御装置では、請求項１から３のいずれかにおいて、前記車両発進制御手段は、前記車両が発進し始めた時点から前記モータによるトルクを復帰させる際には、前記モータにより発生するトルクを徐々に増加させるとともに、車両に要求されているトルクを満たすように前記エンジンによるトルクを調整することを特徴としている。

上記手段を用いる本発明の請求項１のハイブリッド電気自動車の制御装置によれば、エンジンとモータとの間にクラッチ手段が設けられたハイブリッド電気自動車の発進時において、車両発進制御手段は、モータによるトルク（以下、モータトルクという）での発進を試みて、当該モータのみでの発進が不可と判定された場合には、当該モータトルクを停止するとともに、クラッチ手段を接続していくことでエンジンによるトルク（以下、エンジントルクという）での発進に切り換え、車両が発進し始めた時点からモータトルクを復帰させる。

したがって、登坂路等で発進に要するトルクが大きい場合に、従来であれば車両が発進するまで最大モータトルクを維持したままエンジントルクを増加させていたために過剰に電力を消費していたのに対し、モータのみでの発進が困難であるときは、車両が発進するまでモータトルクを発生させずにエンジントルクのみを発生させることで、モータによる不要な電力消費を削減することできる。これにより、車両発進時の負荷が大きい場合にも不要な電力消費を排除し、バッテリのＳＯＣの低下を抑制することができる。

請求項２のハイブリッド電気自動車の制御装置によれば、モータ発進判定手段は、車両が発進し始める前に車両に要求されるトルクがモータのみによる発進で使用可能な最大限のモータトルクより大となった場合に、モータのみでの発進は不可であると判定することとしている。これにより、過剰なモータトルクを発生されることなく、確実に電力消費を抑制することができる。

請求項３のハイブリッド電気自動車の制御装置によれば、モータ発進判定手段は、車両が発進し始める前に、モータトルクが、所定の閾値以上にある状態を所定時間以上継続した場合に、モータのみでの発進は不可と判定することとしている。これにより、モータがトルクをかけたまま車両が発進しないという状態が長時間継続されることを防ぎ、より確実に電力消費を抑制することができる。

請求項４のハイブリッド電気自動車の制御装置によれば、車両が発進し始めた時点からモータトルクを復帰させる際に、モータトルクを徐々に増加させるとともに、要求トルクを満たすようエンジントルクを調整することで、トルクショックを抑制しつつ円滑にモータトルクを復帰させることができる。

本発明の一実施形態におけるハイブリッド電気自動車の制御装置の概略構成図である。 本発明の一実施形態に係るハイブリッド電気自動車の制御装置の統合ＥＣＵが実行する車両発進制御ルーチンを示すフローチャートである。 本発明の一実施形態に係るハイブリッド電気自動車の制御装置の統合ＥＣＵによる発信制御実行時の各種運転状態を時系列的に示したタイムチャートである。

以下、本発明の一実施形態を図面に基づき説明する。
図１は本発明の一実施形態におけるハイブリッド電気自動車の制御装置の概略構成を示したブロック図であり、同図に基づき説明する。
図１に示す車両１は、駆動源としてエンジン２及びモータ４を備えるハイブリッド電気自動車である。

エンジン２は、例えばディーゼルエンジンやガソリンエンジン等の一般的に自動車に用いられる原動機であり、ここでは特にその種類を問わない。
エンジン２とモータ４との間にはクラッチ６が設けられており、当該クラッチ６の入力軸にはエンジン２の出力軸が、当該クラッチ６の出力軸にはモータ４の回転軸がそれぞれ連結されている。

モータ４は発電も可能な例えば永久磁石式同期電動機であり、モータ４の回転軸は変速機８の入力軸と連結されている。そして、変速機８の出力軸からプロペラシャフト１０、差動装置１２、及び駆動軸１４を介して左右の駆動輪１６へと駆動力が伝達されるよう構成されている。
また、モータ４は、車両１に搭載されたバッテリ１８とインバータ２０を介して接続されており、当該バッテリ１８からの電力供給を受けてトルクを発生させる。バッテリ１８は例えばリチウムイオン、ニッケル水素等の二次電池であり、インバータ２０がバッテリ１８からの直流電力を交流電力に変換してモータ４に電力を供給する。一方、車両減速時等には、モータ４が発電機（ジェネレータ）として機能し、回生駆動する。つまり、駆動輪１６から逆に伝達される駆動力によりモータ４が交流電力を発電するとともに、このとき電動機６が発生する回生トルクにより駆動輪１６に減速抵抗が付与される。そして、この交流電力は、インバータ２０によって直流電力に変換された後、バッテリ１８に充電されることで、駆動輪１６の回転による運動エネルギが電気エネルギとして回収される。

当該構成の車両１は、クラッチ６が切断状態にあるときには、モータ４の回転軸のみが変速機８を介して駆動輪１６と機械的に接続されることになる。つまり、モータ４により発生するトルク（以下、モータトルクという）のみが車両１の駆動トルクとして駆動輪１６に伝達される。
一方、クラッチ６が接続状態にあるときには、エンジン２の出力軸がモータ４の回転軸を介して変速機８、駆動輪１６等と機械的に接続されることとなる。つまり、このときモータトルクを０として、エンジン２のみを作動した場合にはエンジン２により発生するトルク（以下、エンジントルクという）のみが車両１の駆動トルクとなる。また、モータ４も作動させればモータトルクとエンジントルクとの和が車両１の駆動トルクとなる。

車両１には、このようなモータトルク及びエンジントルクの配分を調整すべく、エンジン２、モータ４、クラッチ６、変速機８の統合制御を行う統合ＥＣＵ（電子コントロールユニット）２２が搭載されている。
統合ＥＣＵ２２には、各エンジン２、モータ４、クラッチ６、変速機８それぞれの制御ユニット（図示せず）とＣＡＮ（Controller Area Network）を用いて通信可能に接続されている。また、統合ＥＣＵ２２には車両１の車速を検出する車速センサ２４、及びアクセル踏込量を検出するアクセル開度センサ２６等の各種センサ類が接続されている。

このように構成された統合ＥＣＵ２２は、バッテリ１８のＳＯＣや車両１の運転状態を監視し、燃費や排ガス性能の最適化を図りつつ、運転者の運転要求に応じた運転を行うべくエンジン２等を制御する。
ここでは特に当該統合ＥＣＵ２２（車両発進制御手段）が行う車両１の発進制御について説明する。

図２を参照すると、当該統合ＥＣＵ２２が実行する車両発進制御ルーチンを示すフローチャートが示されており、以下同フローチャートに沿って説明する。なお、当該発進制御は車両１の車速が０である車両停止状態から実行される。
まずステップＳ１として、統合ＥＣＵ２２は、アクセル開度センサ２６によりアクセルの踏込（アクセルオン）が検出されたか否かを判別する。当該判別結果が偽（Ｎｏ）である場合、即ち運転者の車両発進要求がない場合には、当該ルーチンをリターンする。一方、当該判別結果が真（Ｙｅｓ）である場合は、ステップＳ２に進む。

ステップＳ２において、統合ＥＣＵ２２は、バッテリ１８のＳＯＣを検出し、この検出したＳＯＣが予め定められた所定ＳＯＣ以上であるか否かを判別する。当該判別結果が偽（Ｎｏ）である場合、即ちＳＯＣが所定ＳＯＣより低くモータ４での発進が困難である場合は、ステップＳ３に進む。
ステップＳ３において、統合ＥＣＵ２２は、エンジン２のみでの発進を行うべく、クラッチ６を接続し、モータ４は作動させずにエンジントルクのみ増加させる。

そして、次のステップＳ４にて、統合ＥＣＵ２２は、車速センサ２４により検出される車速が０より大であるか否かを判別する。当該判別結果が偽（Ｎｏ）である場合、即ち車両１が発進していない場合には当該ルーチンをリターンする。一方、当該判別結果が真（Ｙｅｓ）である場合、即ち車両１が発進した場合には、当該ルーチンを終了し、通常の走行制御へと移行する。

上記ステップＳ２の判別結果が真（Ｙｅｓ）である場合、即ちバッテリ１８のＳＯＣが所定ＳＯＣ以上である場合には、ステップＳ５に進む。
ステップＳ５において、統合ＥＣＵ２２は、アクセル開度センサ２６により検出されるアクセル開度に基づいて車両１に要求されるトルク（以下、要求トルクという）を算出し、当該要求トルクが予め設定された最大モータトルクより大であるか否かを判別する。ここでは、要求トルクはモータトルクの目標値であり、最大モータトルクは、例えば車両１の発進時にモータ４のみによる発進で使用可能な最大限のトルクとする。当該判別結果が偽（Ｎｏ）である場合、即ち要求トルクが最大モータトルク以下であり、モータトルクにより要求トルクを達成可能である場合にはステップＳ６に進む。

ステップＳ６において、統合ＥＣＵ２２は、モータ４のみでの発進を行うべく、クラッチ６を切断しモータトルクを増加させる。
そして、次のステップＳ７にて、統合ＥＣＵ２２は、車速センサ２４により検出される車速が０より大であるか否かを判別する。当該判別結果が偽（Ｎｏ）である場合、即ち車両１が発進していない場合には当該ルーチンをリターンする。一方、当該判別結果が真（Ｙｅｓ）である場合、即ち車両１の発進した場合には、当該ルーチンを終了し、通常の走行制御へと移行する。

上記ステップＳ５の判別結果が真（Ｙｅｓ）である場合、即ち要求トルクが最大モータトルクより大となった場合には、ステップＳ８に進む。
ステップＳ８において、統合ＥＣＵ２２は、車速センサ２４により検出される車速が０より大であるか否かを判別する。当該判別結果が偽（Ｎｏ）である場合、即ち車両１が発進していない場合にはステップＳ９に進む。

ステップＳ９において統合ＥＣＵ２２は、モータトルクを０とし、その代わりにクラッチ６を徐々に接続させていくことでエンジントルクを増加させ、ステップＳ８に戻る。当該統合ＥＣＵ２２は、ステップＳ８の判別結果が真（Ｙｅｓ）となるまで、即ち車両１が発進するまで、ステップＳ９を繰り返すことでエンジントルクを増加させていく。そして、ステップＳ８の判別結果が真（Ｙｅｓ）となったときには、ステップＳ１０に進む。

ステップＳ１０において、統合ＥＣＵ２２は、上記ステップＳ９において０にしていたモータトルクを復帰させ、当該モータトルク及びエンジントルクを用いた走行に移行する。このとき、統合ＥＣＵ２２は、モータトルクを急激に復帰させるのではなく、モータトルクとエンジントルクとの和で要求トルクを満たしつつ、モータトルクの割合を徐々に増加させて、それに合わせてエンジントルクを調整することで、トルク変化によるショックを抑制するのが好ましい。そして、モータトルクが最大モータトルクまで復帰したところで当該ルーチンを終了し、通常の走行制御へと移行する。

ここで、統合ＥＣＵ２２が上述した発進制御を実行したときの運転状態の変化について説明する。図３を参照すると、統合ＥＣＵ２２による発進制御実行時の各種運転状態を時系列的に示したタイムチャートが示されており、以下、同タイムチャートに沿って説明する。
図３では、車速が０の停車状態から運転者がアクセルを踏み込み始めた時点からの各運転状態が示されている。なお、当該図３の条件ではバッテリ１８のＳＯＣは所定ＳＯＣ以上あるものとし、上記フローチャートのステップＳ２は常に真（Ｙｅｓ）となるものとする。また、図３では、車両１は積載量が大きい又は坂道での発進を想定しており、発進に必要なトルクが比較的大きいものとしている。

図３のｔ１時点まではクラッチ６は切断されており、アクセルの踏み込みに応じた要求トルクの上昇に合わせて、統合ＥＣＵ２２の制御によりモータトルク（一点鎖線）が増加する。つまり、ここでは統合ＥＣＵ２２は、上記図２のフローチャートのＳ５、Ｓ６、Ｓ７を経てリターンする流れを繰り返す。
ｔ１時点で要求トルクは最大モータトルクに達しており（上記ステップＳ５が真（Ｙｅｓ））、統合ＥＣＵ２２は、モータトルクを０として、クラッチ６を徐々に接続していく。つまり、ここでは統合ＥＣＵ２２は、上記フローチャートのＳ８、Ｓ９を繰り返す。このときクラッチ６は半クラッチ状態にあり、クラッチ６が徐々に接続されていくのにしたがってエンジントルク（二点鎖線）が増加する。

ｔ２時点で車速が０より大となり車両１が発進し始め、このときにはクラッチ６も接続状態に達しており、駆動輪１６の回転に伴いクラッチ６の出力側の回転数も上昇し始め、エンジン回転と一致する。統合ＥＣＵ２２は、ｔ２時点からモータトルクを元の最大モータトルクまで徐々に復帰させるとともに、当該モータトルクとエンジントルクとの和が要求トルクを満たすようエンジントルクを調整する。当該図３では、モータトルクが最大モータトルクまで増加するのに対しエンジントルクを減少させている。

このように、統合ＥＣＵ２２による発進制御においては、モータトルクのみでの発進を試みて最大モータトルクに達するような場合、即ちモータ４のみでの発進が困難であると判定された場合は、一旦モータトルクを０となるまで停止し、クラッチ６を接続していくことで車両１が発進するまでの間はエンジントルクのみでの発進に切り換える。

登坂路等で発進に要するトルクが大きい場合に、従来であれば車両が発進するまで最大モータトルクを維持したままエンジントルクを増加させていたために過剰に電力を消費していたのに対し、モータ４のみでの発進が困難であるときは、車両１が発進するまでモータトルクを発生させずにエンジントルクのみを発生させることで、モータ４による不要な電力消費を削減することできる。

また、モータ４のみでの発進が困難であるか否かの判定は、上記ステップＳ５のように、要求トルクが最大モータトルクより大であるか否かで行うことで、過剰なモータトルクを発生させることなく、確実に電力消費を抑制することができる。
さらに、車両１の発進開始時にモータトルクを復帰させる際には、モータトルクを徐々に増加させるとともに、要求トルクを満たすようエンジントルクを調整することで、トルクショックを抑制しつつ円滑にモータトルクを復帰させることができる。

このようなことから、本発明の一実施形態におけるハイブリッド電気自動車の制御装置は、車両発進時の負荷が大きい場合にも不要な電力消費を排除し、ＳＯＣの低下を抑制することができる。
以上で本発明に係るハイブリッド電気自動車の制御装置の実施形態についての説明を終えるが、実施形態は上記実施形態に限られるものではない。

上記実施形態では、統合ＥＣＵ２２は、図２のフローチャートのステップＳ５において、要求トルクが最大モータトルクより大であるか否かを判別することで、モータ４による発進からエンジン２での発進に切り換えているが、当該判別はこれに限られるものではない。
例えば、上記実施形態の変形例として、図２のステップＳ５に置き換えて、モータトルクが所定トルク以上である状態が所定時間以上継続されたか否かの判別を行い、偽（Ｎｏ）であればステップＳ６に、真（Ｙｅｓ）であればステップＳ８に進むものとしても構わない。当該所定トルクは、例えば上記最大モータトルクよりも低い所定の閾値に設定し、所定時間はモータ４のみでの発進が不可であると判断できる時間、またはモータ４やバッテリ１８にかかる負荷を考慮して定められる時間である。したがって、モータ４が最大モータトルクに達しない程度のトルクをかけたまま車両１が発進しないという状態を、長時間維持されるのを防ぎ、より確実に電力消費を抑制することができる。

さらには、上記実施形態と上記変形例とを合わせて、要求トルクが最大モータトルクより大であるか、または、モータトルクが所定トルク以上である状態が所定時間以上継続されたかの判別を行い、いずれも偽（Ｎｏ）である場合はステップＳ６に、いずれか一方でも真（Ｙｅｓ）である場合にはステップＳ８に進むものとしても構わない。

また、要求トルクが最大モータトルクより大であるか否かの判別は、要求トルクでなくモータトルクを実際に検出して、検出したモータトルクが最大モータトルクよりも大であるか否かの判別としても同様である。
また、上記実施形態では、図３のステップＳ９において、統合ＥＣＵ２２は、モータトルクを０にしているが、これは完全に０である必要はなくモータ４による電力消費をほぼなくすことができる程度に当該モータ４により発生させるトルクを停止するという意味である。

１ 車両
２ エンジン
４ モータ
６ クラッチ（クラッチ手段）
８ 変速機
１８ バッテリ
２０ インバータ
２２ 統合ＥＣＵ（車両発進制御手段）
２４ 車速センサ
２６ アクセル開度センサ

Claims (4)

1. 駆動源としてエンジン及びモータを備えたハイブリッド電気自動車の制御装置であって、
   前記エンジン及び前記モータとの間に設けられ、当該エンジンから当該モータを介して駆動輪へと伝達される当該エンジンの駆動力の接続及び遮断を行うクラッチ手段と、
   前記モータが発生させるトルクに関わる情報に基づき、当該モータのみでの発進の可否を判定するモータ発進判定手段と、
   車両停止状態から、車両発進要求に応じて前記モータによるトルクを発生させ、前記モータ発進判定手段により当該モータのみによる発進が不可であると判定された場合には、当該モータによるトルクの発生を停止するとともに、前記クラッチ手段を接続していくことで前記エンジンによるトルクにより車両発進を行い、車両が発進し始めた時点から前記モータによるトルクの発生を復帰させるよう制御する車両発進制御手段と、
   を備えることを特徴とするハイブリッド電気自動車の制御装置。
2. 前記モータ発進判定手段は、車両が発進し始める前に、前記車両に要求されるトルクが、前記モータのみによる発進で使用可能な最大限のモータトルクより大となる場合に、前記モータのみでの発進は不可であると判定することを特徴とする請求項１記載のハイブリッド電気自動車の制御装置。
3. 前記モータ発進判定手段は、車両が発進し始める前に、前記モータによるトルクが、所定の閾値以上にある状態を所定時間以上継続した場合に、前記モータのみでの発進は不可であると判定することを特徴とする請求項１記載のハイブリッド電気自動車の制御装置。
4. 前記車両発進制御手段は、前記車両が発進し始めた時点から前記モータによるトルクを復帰させる際には、前記モータにより発生するトルクを徐々に増加させるとともに、車両に要求されているトルクを満たすように前記エンジンによるトルクを調整することを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載のハイブリッド電気自動車の制御装置。

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