JP2013119301A - ハイブリッド電気自動車のエンジン停止制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】モータ走行からエンジンを用いた走行に移行する際に、急激なトルク変動が生じるのを防ぎつつ、エンジンを速やかに始動させることのできるエンジン停止制御装置を提供すること提供すること。
【解決手段】統合ＥＣＵ３０が、モータ走行へ移行する際に（Ｓ１）、クラッチ６を切断状態として（Ｓ２）、エンジン２への燃料供給を停止した上で（Ｓ４）、オルタネータ３２の発電電流を制御することにより、エンジン２に負荷をかけることでエンジン始動に適した所定の停止クランク角度でエンジン回転を停止させる（Ｓ７）。
【選択図】図２

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において、エンジンを用いた走行からモータのみの走行に移行する際にエンジンを適正に停止させるエンジン停止制御装置に関する。

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では、エンジンのみでの走行（以下エンジン走行という）、エンジン及びモータの両方を用いた走行（以下ハイブリッド走行という）、モータのみでの走行（モータ走行という）というように駆動源を切り換えての走行が可能である。

駆動源の切り換えは、例えばエンジンとモータとの間にクラッチを設け、このクラッチを接続状態とすることでエンジンの駆動力を駆動輪へと伝達可能とし、クラッチを切断状態とすることでモータのみの駆動力が駆動輪へと伝達可能とすることで行われる。
このような構成のハイブリッド電気自動車において、モータ走行中にモータトルクのみでは車両を駆動するトルクが不足するような場合や、バッテリのＳＯＣ（State Of Charge）が不足する場合に、エンジン走行又はハイブリッド走行へと移行する。モータ走行中は一般的にエンジンが停止状態にあることから、エンジン走行又はハイブリッド走行に移行する際には、エンジンを速やかに始動させる必要がある。

そこで、モータ走行からエンジン走行に移行する際、エンジンを始動させる前にクラッチを接続してモータの動力をエンジンに伝達することで、エンジンをクランキング開始位置まで回転させるスタンバイ制御を行う構成のハイブリッド電機車両が開発されている（特許文献１参照）。

特開平１１−８２２６１号公報

しかしながら、当該特許文献１の技術のように、モータ走行中にクラッチが接続されれば、例えばエンジンを回転させるための負荷が増加する等して、瞬間的に駆動トルクが変化することとなる。このようなトルク変化は、運転者に違和感等を与えることとなり好ましくない。
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、モータ走行からエンジンを用いた走行に移行する際に、急激なトルク変動が生じるのを防ぎつつ、エンジンを速やかに始動させることのできるエンジン停止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エンジン停止制御装置では、駆動源としてエンジン及びモータを選択可能な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切断を行うクラッチ手段と、前記クラッチ手段を接続した走行状態から、当該クラッチ手段を切断した走行状態に移行する際に、当該クラッチ手段を切断した後に前記エンジンの始動に適した所定の停止クランク角度で前記エンジンの回転を停止させるエンジン停止制御手段と、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エンジン停止制御装置では、請求項１において、前記エンジンの駆動力を用いて発電を行うオルタネータを備え、前記エンジン停止制御手段は、前記オルタネータの発電電流を制御することにより、前記エンジンの始動に適した所定の停止クランク角度で前記エンジンの回転を停止させ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エンジン停止制御装置では、請求項１または２において、前記所定の停止クランク角度は、前記エンジンのいずれかの気筒において、当該エンジンのクランキングに要する負荷が最小となるピストン位置に対応したクランク角度であ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エンジン停止制御装置によれば、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において、クラッチ手段が接続されエンジンを用いた走行が可能な状態から、クラッチ手段が切断されモータのみを用いた走行に移行する際に、当該クラッチ手段を切断した後にエンジンの始動に適した所定の停止クランク角度でエンジンの回転を停止させる。

このように、モータ走行へ移行する際に、クラッチを切断した上でエンジンの停止制御を行うことで、駆動輪に対してトルク変動を与えることなく、エンジンの回転を所定の停止クランク角度で停止させることができる。これにより、運転者に違和感を与えることなく走行モードを切り換えることができる。
そして、始動に適した所定の停止クランク角度でエンジンの回転を停止させることで、ＳＯＣの低下やトルク不足により再びエンジンを用いた走行を行う際に、速やかにエンジンを始動させることができる。また、エンジン始動にかかる負荷が低下することでスタータに関係する部品の耐久性、信頼性を向上させることもできる。

請求項２のハイブリッド電気自動車のエンジン停止制御装置によれば、エンジンの駆動力を用いて発電を行うオルタネータの発電電流を制御することにより、モータ走行移行時に所定の停止クランク角度で停止させる。このように、所定の停止クランク角度でエンジン回転を停止させるために、エンジンに設けられるオルタネータの発電電流を制御することにより、追加部品等なく容易に、所定の停止クランク角度でエンジン回転を停止させることができる。

請求項３のハイブリッド電気自動車のエンジン停止制御装置によれば、所定の停止クランク角度をエンジンのいずれかの気筒において、当該エンジンのクランキングに要する負荷が最小となるピストン位置に対応するクランク角度とすることで、速やかにエンジンを始動させることができる。

本発明の一実施形態に係るハイブリッド電気自動車のエンジン停止制御装置の概略構成図である。 統合ＥＣＵが実行するモータ走行移行時のエンジン停止制御ルーチンを示すフローチャートである。

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エンジン停止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内燃機関であり、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に搭載された高電圧バッテリ１８とインバータ２０を介して接続されており、当該高電圧バッテリ１８からの電力供給を受けてトルクを発生させる。高電圧バッテリ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が高電圧バッテリ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、高電圧バッテリ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。このように駆動源としてモータ４のみを用いた走行を以下モータ走行という。

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。このように駆動源としてエンジン２のみを用いた走行を以下エンジン走行という。

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。このように駆動源としてエンジン２及びモータ４の両方を用いた走行を以下ハイブリッド走行という。
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）３０が搭載されている。

統合ＥＣＵ３０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、エンジン２には、図示しないベルトを介してエンジン２の駆動力が伝達されて回転することで発電を行うオルタネータ３２、ギヤを介してエンジン始動のためのクランキングを行うスタータ３４、エンジン２のクランク角度を検出するクランク角度センサ３６、オルタネータ３２およびスタータ３４と接続される低電圧バッテリ３８等が設けられている。オルタネータ３２は発電した電力を低電圧バッテリ３８に充電可能であり、スタータ３４は低電圧バッテリ３８からの電力供給により作動するものである。なお、本実施形態では、オルタネータ３２およびスタータ３４は、低電圧バッテリ３８と接続しているが、高電圧バッテリ１８と接続しても良い。その場合、オルタネータ３２およびスタータ３４と高電圧バッテリ１８との間に、電圧を昇圧及び降圧可能なＤＣ／ＤＣコンバータを設けて、それぞれから供給される電圧を変換する。

統合ＥＣＵ３０はこれらオルタネータ３２、スタータ３４、クランク角度センサ３６と、エンジン２の制御ユニットを介して又は直接的に、ＣＡＮ等で接続されている。そして、統合ＥＣＵ３０は、オルタネータ３２に所定の発電電流を発生するよう当該オルタネータ３２による発電を制御し、低電圧バッテリ３８からスタータ３４へ電力を供給することでスタータ３４によるクランキングを制御する。

また統合ＥＣＵ３０は、クランク角度センサ３６により検出したクランク角度情報を取得し、当該クランク角度情報に基づきエンジン回転数を算出する。
このように構成された統合ＥＣＵ３０は、車両１の運転状態に基づき、エンジン走行、ハイブリッド走行、及びモータ走行からなる走行モードの切換制御を行う。特に、クラッチ６を接続させた走行状態であるエンジン走行またはハイブリッド走行から、クラッチ６を切断させた走行状態であるモータ走行へと移行する際には、始動に適した所定の停止クランク角度でエンジン２の回転を停止させるエンジン停止制御を行う。

以下、当該統合ＥＣＵ３０が行うモータ走行移行時のエンジン停止制御について詳しく説明する。
図２を参照すると、当該統合ＥＣＵ３０が実行するモータ走行移行時のエンジン停止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、当該制御ルーチンは、前提としてエンジン走行中又はハイブリッド走行中に統合ＥＣＵ３０により実行される。

まず、ステップＳ１として、統合ＥＣＵ３０は、モータ走行条件が成立しているか否かを判別する。当該モータ走行条件は、例えば、車両１が加速走行又は定速走行等の力行走行時と、減速走行時等の回生走行時とで、異なる条件とする。具体的には力行走行時には、モータ４により発生可能なモータトルクが、運転者のアクセル踏込量に応じた要求トルクよりも大きく、高電圧バッテリ１８のＳＯＣがモータ４を安定的に使用可能な最低限のＳＯＣである所定ＳＯＣより大である否かを判別する。また、車両１が回生走行時には、モータ４に発生可能な回生トルクが、車両１に要求されている要求減速トルクより大であるか否かを判別する。これらの判別結果が真（Ｙｅｓ）である場合、即ち、エンジン２を用いずにモータ４のみで要求トルクまたは要求減速トルクに対応できる場合にモータ条件が成立するものとする。

このステップＳ１の判別結果が偽（Ｎｏ）である場合は、モータ走行条件が成立しておらず、モータ４のみでの走行が困難であることから、現在の走行モードを維持して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、モータ走行に移行すべく、次のステップＳ２に進む。
ステップＳ２では、統合ＥＣＵ３０は、接続状態にあるクラッチ６を切断状態とする。

次のステップＳ３では、統合ＥＣＵ３０は、それまでエンジントルクまたはエンジントルクとモータトルクの和により対応していた要求トルクまたは要求減速トルクをモータトルクのみで対応するようモータ４を制御する。具体的には、力行走行時であればモータトルクを要求トルクに対応させ、回生走行時であればモータ回生トルクを要求減速トルクに対応させる。

続いてステップＳ４では、統合ＥＣＵ３０は、エンジン２の燃料供給を停止するよう制御する。燃料の供給が停止されることでエンジン２は惰性回転を行うこととなる。
ステップＳ５では、統合ＥＣＵ３０は、クランク角度センサ３６により検出されるクランク角度情報を取得する。

ステップＳ６では、統合ＥＣＵ３０は、クランク角度情報に基づきエンジン回転数を算出し、当該エンジン回転数が所定の回転数より小であるか否かを判別する。当該所定の回転数は、例えばオルタネータ３２により生じさせることが可能な負荷により、エンジン回転を速やかに停止させることができる程度の回転数（例えば１０〜２０ｒｐｍ）に設定される。当該判別結果が偽（Ｎｏ）である場合は、ステップＳ５に戻り、再度クランク角度情報を取得してステップＳ６の判別を繰り返す。一方、当該判別結果が真（Ｙｅｓ）である場合は、次のステップＳ７に進む。

ステップＳ７では、統合ＥＣＵ３０は、オルタネータ３２に所定の発電電流を発生するよう指示し、当該オルタネータ３２の発電電流を制御することによりエンジン２の回転が停止するように負荷をかけて、予め定めた停止クランク角度でエンジン２の回転を停止させる。当該停止クランク角度はエンジン２の始動に適したクランク角度に設定される。例えば、エンジン２のいずれかの気筒において、スタータ３４によるクランキングに要する負荷が最小となるピストン位置に対応したクランク角度に設定する。これは具体的には、吸気行程後期又は圧縮行程初期にある気筒においてピストン位置が下死点近傍となるクランク角度を停止クランク角度とするのが好ましい。

当該ステップＳ７において、統合ＥＣＵ３０は、所定の停止クランク角度でエンジン２の回転を停止させた後、当該ルーチンを終了する。
このように、統合ＥＣＵ３０は、モータ走行へ移行する際には、クラッチ６を切断状態として、エンジン２への燃料供給を停止した上で、オルタネータ３２を用いてエンジン２に負荷をかけることで所定の停止クランク角度でエンジン回転を停止させる。

つまり、クラッチ６を切断した上でエンジン２に負荷を与えることから、駆動輪１６に対してトルク変動を与えることなく、エンジン２の回転を所定の停止クランク角度で停止させることができる。これにより、運転者に違和感を与えることなく走行モードを切り換えることができる。
また、所定の停止クランク角度でエンジン回転を停止させるために、エンジン２に設けられるオルタネータ３２を用いることで、追加部品等なく容易に、所定の停止クランク角度でエンジン回転を停止させることができる。

さらに、当該所定の停止クランク角度は、エンジン２の始動に適したクランク角度に設定されていることで、トルク不足やＳＯＣ不足により再びエンジン２を用いた走行を行う際に、速やかにエンジン２を始動させることができる。また、エンジン始動にかかる負荷が低下することでスタータ３４に関係する部品の耐久性、信頼性を向上させることもできる。

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、オルタネータ３２を用いて所定の停止クランク角度でエンジン２の回転を停止させているが、エンジン２を所定の停止クランク角度で停止させる手段はこれに限られるものではなく、エンジンの回転を調整できるものであればよい。例えば、オルタネータに代えてスタータを用いてよく、スタータによりエンジンに負荷をかけたり、スタータに電力を供給してクランキングすることで所定の停止クランク角度まで進角させても構わない。また、エンジンの吸排気バルブやスロットルバルブを適宜時期に開閉するよう制御することでエンジンを所定の停止クランク角度で停止させても良い。

１ 車両
２ エンジン
４ モータ
６ クラッチ（クラッチ手段）
３０ 統合ＥＣＵ（エンジン停止制御手段）
３２ オルタネータ
３４ スタータ
３６ クランク角度センサ

Claims (3)

1. 駆動源としてエンジン及びモータを選択可能な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切断を行うクラッチ手段と、
   前記クラッチ手段を接続した走行状態から、当該クラッチ手段を切断した走行状態に移行する際に、当該クラッチ手段を切断した後に前記エンジンの始動に適した所定の停止クランク角度で前記エンジンの回転を停止させるエンジン停止制御手段と、
   を備えることを特徴とするハイブリッド電気自動車のエンジン停止制御装置。
2. 前記エンジンの駆動力を用いて発電を行うオルタネータを備え、
   前記エンジン停止制御手段は、前記オルタネータの発電電流を制御することにより、前記エンジンの始動に適した所定の停止クランク角度で前記エンジンの回転を停止させ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エンジン停止制御装置。
3. 前記所定の停止クランク角度は、前記エンジンのいずれかの気筒において、当該エンジンのクランキングに要する負荷が最小となるピストン位置に対応したクランク角度であることを特徴とする請求項１または２記載のハイブリッド電気自動車のエンジン停止制御装置。

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