JP2014019417A

JP2014019417A - ハイブリッド動力装置の制御装置

Info

Publication number: JP2014019417A
Application number: JP2012163354A
Authority: JP
Inventors: Yota Mizuno; 陽太水野
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2012-07-24
Filing date: 2012-07-24
Publication date: 2014-02-03

Abstract

【課題】ハイブリッド動力装置において、内燃機関の始動に用いる回転電機のロータ軸の耐久性を考慮した制御を行う。
【解決手段】ハイブリッド動力装置１０において、内燃機関１８は第１回転電機２０により駆動されて始動される。第１回転電機２０のロータ軸３４の耐久性に基づき、内燃機関１８の許容始動回数を定める。積算された内燃機関の始動回数が、許容始動回数に近づくと運転者にこれを報知し、ロータ軸３４の交換を促す。また、積算された始動回数が許容始動回数に達すると、内燃機関１８の自動停止を禁止して始動回数の増加を抑制する。
【選択図】図１

Description

本発明は、車両駆動用の原動機として内燃機関と回転電機を備え、この回転電機によって内燃機関を始動するハイブリッド動力装置に関し、特にその制御に関する。

車両駆動用の原動機として内燃機関と回転電機を備えたハイブリッド動力装置が知られている。本明細書において、「回転電機」は、電動機、発電機、さらに電動機と発電機どちらにも機能する電気機器の総称として用いる。ハイブリッド動力装置において、内燃機関の始動を、始動専用のスタータモータでなく、車両駆動用の原動機である回転電機によって行う場合がある。この場合、内燃機関の始動時に回転電機のロータ軸に負担が掛かる。また、ハイブリッド車両においては、走行状況に応じて内燃機関を一時的に停止する場合があり、内燃機関の出力が必要となると内燃機関が再始動される。例えば、信号待ちなどで停車中には内燃機関が停止され、発進後、所定速度に達すると再始動される。このため、アイドリングストップ機能等の内燃機関を自動停止する機能のない動力装置に比べ、内燃機関の始動回数が増える。下記特許文献１には、内燃機関と２機の回転電機を備えたハイブリッド動力装置が記載されている。

特開２０１０−１１１２９１号公報

ハイブリッド車両は、その普及と共に様々な状況下で使用されるようになっており、当初想定されている以上の負担が装置またはその部品に掛かる可能性がある。例えば、積算の走行距離が長くなったり、内燃機関の停止、再始動が頻繁に繰り返されるなどの使用態様によって内燃機関の始動回数が多くなると、一般的な使用では交換する必要のない回転電機のロータ軸を交換しなければならなくなることが考えられる。

本発明は、回転電機のロータ軸の使用限度に関連する情報を運転者に提示し、また交換時期を延ばすことを目的とする。

本発明のハイブリッド動力装置の制御装置は、車両駆動用の原動機として内燃機関と回転電機を備えたハイブリッド動力装置の制御を行う装置である。このハイブリッド動力装置において、車両駆動用の回転電機によって内燃機関が始動される。内燃機関を始動する回転電機のロータ軸の耐久性に基づき、内燃機関を始動する回数の許容値（許容始動回数）が予め定められている。積算された内燃機関の始動回数が、この許容始動回数に所定回数まで近づくと、運転者にこれを報知する。また、積算された始動回数が許容始動回数に達すると、内燃機関の自動停止制御を禁止する。

本発明によれば、運転者に回転電機のロータ軸の交換が必要であること、またその時期が近いことを報知することができる。さらに、積算された始動回数が許容始動回数に達した後も、ロータ軸の負担を軽減することで、ロータ軸の交換時期を延ばすことができる。

本実施形態のハイブリット動力装置とその制御装置の概略構成を示す図である。ロータ軸の耐久性を考慮した内燃機関の始動に係る制御のフローチャートである。

以下、本発明の実施形態を、図面に従って説明する。図１は、本実施形態のハイブリッド動力装置１０とこの動力装置１０を制御する制御装置１２の概略構成を示す図である。さらに、図１には、動力装置１０の出力を駆動輪１４に伝達する伝達装置１６も示されている。

ハイブリッド動力装置１０は、車両駆動用の原動機として内燃機関１８と２機の回転電機２０，２２を備える。３機の原動機１８，２０，２２の出力軸は、動力分配機構としての遊星歯車機構２４の３要素（キャリア、サンギア、リングギア）に各々接続されている。この実施形態では、内燃機関１８の出力軸（クランク軸）２６が、プラネタリピニオン２８を回転可能に支持するキャリア３０に、キャリア軸３２を介して接続されている。また、第１回転電機２０の出力軸（ロータ軸）３４がサンギア３６に、そして第２回転電機２２の出力軸（ロータ軸）３８がリングギア４０に接続されている。３機の原動機と遊星歯車機構の３要素の接続の組み合わせは、上記に限定されず、入れ替えることができる。３機の原動機の回転速度は、遊星歯車機構２４の各要素間のギア比により定まる所定の関係を有し、２機の回転速度が定まると、残りの１機の回転速度が自ずと決定する。リングギア４０と一体に回転するよう動力取出しギア４２が設けられ、このギアが伝達装置１６の減速ギア列４４を構成する１個のギアに噛み合っている。伝達装置１６は、更に終減速機４６を含み、終減速機４４によって減速ギア列４４により伝えられた動力が左右の駆動輪１４に分配される。

動力装置１０は、二次電池を含む蓄電装置４８と、第１および第２回転電機２０，２２にそれぞれ対応したインバータ装置５０，５２を更に含む。第１および第２回転電機２０，２２が電動機として機能する際には、蓄電装置４８からの直流電力がインバータ装置５０，５２により交流電力に変換されて各回転電機２０，２２に供給される。また、第１および第２回転電機２０，２２が発電機として機能する際には、発電された交流電力がインバータ装置５０，５２により直流電力に変換されて蓄電装置４８に送出される。また、一方の回転電機が発電した電力を二つのインバータ装置５０，５２を介して他方の回転電機に供給するようにもできる。

動力装置１０の各原動機１８，２０，２２は、制御装置１２により制御される。制御装置１２は、内燃機関１８の制御を行う内燃機関ＥＣＵ（中央処理装置）５４、インバータ装置５０，５２の動作を制御することにより第１および第２回転電機２０，２２の制御を行う回転電機ＥＣＵ５６および蓄電装置４８の蓄電量等の管理を行う電池ＥＣＵ５８を有する。さらに、制御装置１２は、これらのＥＣＵ５４，５６，５８を統合的に制御するハイブリッドＥＣＵ（ＨＶ−ＥＣＵ）６０を有する。ハイブリッドＥＣＵ６０は、運転者の要求、例えばアクセルペダル６２およびブレーキペダル６４の操作量からの加速要求、制動要求を取得し、また各原動機の運転状況、蓄電装置の蓄電量などの情報を統合して、各原動機１８，２０，２２の動作を決定する。この決定に基づき内燃機関ＥＣＵ５４および回転電機ＥＣＵ５６が各原動機１８，２０，２２を制御する。

制御装置１２は、動力装置の動作状態を運転者に提供するための報知装置６６を有する。報知装置６６は、画像表示を行う表示装置および音声報知を行う音声装置の一方または両方を備える。

動力装置１０においては、内燃機関１８の効率が悪い走行状況においては内燃機関１８が自動停止される。例えば、車両が停止しているときや低速走行時には内燃機関１８は停止される。一旦停止した内燃機関１８は、走行状況に応じて再始動される。例えば、車速が高くなると再始動される。また、二次電池の蓄電量が低下し、充電が必要となった場合にも内燃機関１８が再始動される。内燃機関１８の始動は、第１回転電機２０により実行される。つまり、第１回転電機２０が、ロータ軸３４、サンギア３６、プラネタリピニオン２８、キャリア３０、およびキャリア軸３２を介してクランク軸２６を駆動し、内燃機関１８を始動する。

内燃機関のみを原動機として有する従来の車両は、通常、運行中に内燃機関が停止することはなく、これに比べて内燃機関の自動停止機能を有する動力装置１０は、内燃機関の始動頻度が高くなる。つまり、第１回転電機２０から内燃機関１８への動力の伝達経路を構成する各部材に負荷が掛かる頻度が増加する。また、内燃機関始動の際の各部に掛かる負荷は、定常運転時に比べて大きく、各部材の耐久性について考慮を要する場合がある。動力装置１０においては、第１回転電機のロータ軸３４が中空軸として形成され、その中空部分をキャリア軸３２が貫通する二重構造を有する。この構造のために、始動回数が多くなる場合には、第１回転電機のロータ軸３４について十分な耐久性の検討を要する。ハイブリッド車両の普及と共に、より様々な状況下で使用されることが考えられ、過酷な条件での使用でも十分な耐久性を有することが望まれる。しかしながら、十分な耐久性を有するようにするためには、大幅な設計変更が必要になる、また装置の外形が大きくなるなどの問題が生じる場合がある。

この実施形態においては、内燃機関１８の始動回数が、第１回転電機２０のロータ軸３４の耐久性に基づき定められた所定の回数に近づくと、これを運転者に報知し、ロータ軸３４の交換を促す。また、前記の回数に達すると、内燃機関１８の自動停止を禁止して、始動回数の増加を抑制する。

図２は、第１回転電機のロータ軸３４の耐久性を考慮した内燃機関１８の始動制御に掛かるフローチャートである。内燃機関１８の始動回数の設計上の上限回数（耐用回数）に対し少ない回数、例えば９割の回数に許容回数Ｎａを予め設定する。内燃機関１８が停止した状態の通常走行中（Ｓ１００）において、内燃機関１８に始動指令が発せられると（Ｓ１０２）、積算の始動回数Ｎと、許容回数Ｎａに対してＸ回少ない回数（Ｎａ−Ｘ）の比較を行う（Ｓ１０４）。始動回数Ｎが回数（Ｎａ−Ｘ）以下の場合、内燃機関の始動が実行される（Ｓ１０６）。始動されると積算の始動回数Ｎが、１を加算して更新される。

ステップＳ１０４で始動回数Ｎが回数（Ｎａ−Ｘ）を超えた場合、始動回数が所定の値に達したこと及びこれに伴い部品の交換が必要なことの一方または両方を運転者に報知する（Ｓ１０８）。報知は、例えば車室内に設けられた表示装置に表示してもよいし、また音声による報知を行ってもよい。また、より簡易的に単に販売店での点検を促す報知とすることもできる。また逆に、より詳細に、まもなく内燃機関の自動停止が禁止される旨も加えて報知するようにしてもよい。

さらに、積算の始動回数Ｎが回数（Ｎａ−１）と比較され（Ｓ１１０）、回数（Ｎａ−１）以下であれば、内燃機関１８の始動が実行される（Ｓ１１２）。始動されると積算の始動回数Ｎが、１を加算して更新される。一方、ステップＳ１１０で始動回数Ｎが回数（Ｎａ−１）を超えた場合、内燃機関１８を始動する（Ｓ１１４）が、以降、自動停止制御が禁止される（Ｓ１１６）。始動されると積算の始動回数Ｎが、１を加算して更新される。

始動の許容回数Ｎａに達する以前に、ロータ軸の交換が必要となることを予告することで、許容回数Ｎａに達することを抑制することができる。また、始動回数が許容回数Ｎａに達した後は、自動停止制御を禁止することで内燃機関１８の始動の機会を減少させ、ロータ軸の耐用回数に達することを抑制することができる。そして、過酷な状況下で使用される場合であっても、使用限度に達する前に部品交換を行うことができる。よって、より耐久性の高い仕様への設計変更の要請が低減される。

上述の実施形態の動力装置は、３機の原動機を有し、これらの原動機が遊星歯車機構の３要素にそれぞれ接続される構成を有していた。しかし、これ以外の構成であってもよい。例えば、遊星歯車機構の３要素のうち２要素のみに原動機が接続される構成であってもよい。また、原動機の動力を分割するための遊星歯車機構を用いない構成であってもよい。また、内燃機関と回転電機をそれぞれ１機のみ備えた構成であってもよい。

１０動力装置、１２制御装置、１８内燃機関、２０第１回転電機、２２第２回転電機、２４遊星歯車機構、２６クランク軸、２８プラネタリピニオン、３０キャリア、３２キャリア軸、３４（第１回転電機の）ロータ軸、３６サンギア、３８（第２回転電機）のロータ軸、４０リングギア、６６報知装置。

Claims

車両駆動用の原動機として内燃機関と回転電機を備え、この回転電機によって内燃機関を始動するハイブリッド動力装置の制御装置であって、
内燃機関の始動回数が、前記回転電機のロータ軸の耐久性に基づき定められた許容始動回数に対して所定回数まで近づくと、これを運転者に報知し、
内燃機関の始動回数が、前記許容始動回数に達すると、内燃機関の自動停止制御を禁止する、
ハイブリッド動力装置の制御装置。