JP2014051255A

JP2014051255A - 車両の制御装置

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Publication number: JP2014051255A
Application number: JP2012199005A
Authority: JP
Inventors: Yuichi Masukake; 佑一増掛
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2012-09-10
Filing date: 2012-09-10
Publication date: 2014-03-20
Anticipated expiration: 2032-09-10
Also published as: JP5728447B2

Abstract

【課題】車両の走行状況に応じて暖機運転を実施可能な車両の制御装置を提供する。
【解決手段】本発明は、触媒により排気ガスを浄化する浄化装置１１０が排気系に接続された内燃機関１０９と、電動機１０７と、の少なくとも一方からの動力によって走行する車両１の制御装置である。この制御装置は、車両１の走行状況を検出する検出部と、前記検出部の検出結果に基づき、前記内燃機関の暖機運転の実施時間を設定する設定部と、前記設定部により設定された実施時間に基づき、前記内燃機関の暖機運転を制御する暖機運転制御部と、を備える。
【選択図】図５

Description

本発明は、車両の制御装置に関する。

車両の内燃機関（エンジン）を始動する際には、通常運転に先行して暖機運転を実施することが一般的である。暖機運転を行うことで、内燃機関の予熱、各種センサの昇温など、内燃機関の始動に関わる事前準備を行うことができるほか、排気ガスの浄化装置の触媒を昇温することができるので、排気ガスの浄化性能を確保することができる。暖機運転の制御に関しては、従来、暖機運転中の点火時期、目標エンジントルク、および目標エンジン回転数を、暖機運転開始からの経過時間に応じて制御することが提案されている（例えば、特許文献１参照）。

特開平１０−２９９６３１号公報

ところで、近年、内燃機関を運転せずに、蓄電器の電力で電動機を駆動することによって走行可能なハイブリッド車両が登場している。このようなハイブリッド車両においては、車両の走行状況に応じて走行中に内燃機関を始動させることがあり、暖機運転も走行中に実施される場合がある。そのため、暖機運転も、車両の走行状況に応じて適切に実施する必要がある。

本発明は、前述した課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、車両の走行状況に応じて内燃機関の暖機運転を実施可能な車両の制御装置を提供することである。

上記目的を達成するために、請求項１に係る発明は、触媒により排気ガスを浄化する浄化装置（例えば、後述する実施形態における浄化装置１１０）が排気系に接続された内燃機関（例えば、後述する実施形態における内燃機関１０９）と、電動機（例えば、後述する実施形態における電動機１０７）と、の少なくとも一方からの動力によって走行する車両の制御装置であって、前記車両の走行状況を検出する検出部（例えば、後述する実施形態における車速センサ１２１）と、前記検出部の検出結果に基づき、前記内燃機関の暖機運転の実施時間を設定する設定部（例えば、後述する実施形態におけるマネジメントＥＣＵ１２５）と、前記設定部により設定された実施時間に応じて、前記内燃機関の暖機運転を制御する暖機運転制御部（例えば、後述する実施形態におけるマネジメントＥＣＵ１２５）と、を備えることを特徴とする。

請求項２に係る発明は、請求項１に記載の車両の制御装置において、前記検出部が、前記車両の走行速度を検出し、前記内燃機関の暖機運転中に前記検出部により検出された前記車両の走行速度が減少した場合、前記暖機運転制御部が前記内燃機関のトルクを減少させるように制御し、前記設定部が前記内燃機関の暖機運転の実施時間を延長することを特徴とする。

請求項３に係る発明は、請求項１または２に記載の車両の制御装置において、前記設定部は、暖機運転中における前記内燃機関の総仕事量が所定の目標仕事量となるように、前記内燃機関の暖機運転の実施時間を設定することを特徴とする。

請求項１の発明によれば、車両の走行状況に応じて暖機運転を実施することができる。

請求項２の発明によれば、内燃機関の暖機運転中に車両の走行速度が減少した場合には内燃機関のトルクを減少させることにより、内燃機関による騒音や振動を抑制してＮＶ性能を向上することができる。また、内燃機関の暖機運転中に内燃機関のトルクを減少した場合には、暖機運転を実施する時間が延長されるので、浄化装置の浄化性能を確保することができる。

請求項３の発明によれば、内燃機関の暖機運転中の実際の仕事量の変化に応じて暖機運転を実施する時間を変化させることができるので、浄化装置の浄化性能を確保することができる。

シリーズ／パラレル方式のＨＥＶの内部構成を示すブロック図である。図１に示した車両における駆動システムの主要部を概略的に示した図である。（ａ）は車両がＥＶ走行モード時の駆動状態を示す図であり、（ｂ）は車両がシリーズ走行モード時の駆動状態を示す図であり、（ｃ）は車両がＬ／Ｕ走行モード時の駆動状態を示す図である。従来の暖機運転の一例を説明するためのタイムチャートである。本発明の一実施形態による暖機運転を説明するためのタイムチャートである。本発明の一実施形態による暖機運転の制御を示すフローチャートである。

以下、本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。

ＨＥＶ（Hybrid Electrical Vehicle：ハイブリッド電気自動車）は、電動機及び内燃機関を備え、車両の走行状態に応じて電動機及び／又は内燃機関の駆動力によって走行する。ＨＥＶには、大きく分けてシリーズ方式とパラレル方式の２種類がある。シリーズ方式のＨＥＶは、電動機の動力によって走行する。内燃機関は発電のためだけに用いられ、内燃機関の動力によって発電機で発電された電力は蓄電器に充電されるか、電動機に供給される。

シリーズ方式のＨＥＶの走行モードには、「ＥＶ走行モード」及び「シリーズ走行モード」の２つがある。ＥＶ走行モードでは、ＨＥＶは、蓄電器からの電源供給によって駆動する電動機の駆動力によって走行する。このとき内燃機関は駆動されない。また、シリーズ走行モードでは、ＨＥＶは、蓄電器及び発電機の双方からの電力の供給や発電機のみからの電力の供給等によって駆動する電動機の駆動力によって走行する。このとき、内燃機関は発電機における発電のために駆動される。

パラレル方式のＨＥＶは、電動機及び内燃機関のいずれか一方又は双方の駆動力によって走行する。特に、パラレル方式のＨＥＶが内燃機関のみの駆動力によって走行するモードを「ロックアップ（Ｌ／Ｕ）走行モード」という。

上記両方式を複合したシリーズ／パラレル方式のＨＥＶも知られている。当該方式では、車両の走行状態に応じてクラッチを開放又は締結する（断接する）ことによって、駆動力の伝達系統をシリーズ方式及びパラレル方式のいずれかの構成に切り替える。特に低中速の加速走行時にはクラッチを開放してシリーズ方式の構成とし、中高速の定常走行（クルーズ走行）時にはクラッチを締結してパラレル方式の構成とする。

図１は、シリーズ／パラレル方式のＨＥＶの内部構成を示すブロック図である。図１に示すように、シリーズ／パラレル方式のＨＥＶ（以下、単に「車両」という）１は、蓄電器（BATT）１０１と、コンバータ（CONV）１０３と、第１インバータ（第１INV）１０５と、電動機（MOT）１０７と、内燃機関（ENG）１０９と、発電機（GEN）１１１と、第２インバータ（第２INV）１１３と、ロックアップクラッチ（以下、単に「クラッチ」という。）１１５と、ギアボックス（以下、単に「ギア」という。）１１９と、車速センサ１２１と、回転数センサ１２３と、トルクセンサ１２４と、マネジメントＥＣＵ（MG ECU）１２５とを備える。なお、図１中の点線の矢印は値データを示し、実線は指示内容を含む制御信号を示す。

蓄電器１０１は、直列に接続された複数の蓄電セルを有し、例えば１００〜２００Ｖの高電圧を供給する。蓄電セルは、例えば、リチウムイオン電池やニッケル水素電池である。コンバータ１０３は、蓄電器１０１の直流出力電圧を直流のまま昇圧又は降圧する。第１インバータ１０５は、直流電圧を交流電圧に変換して３相電流を電動機１０７に供給する。また、第１インバータ１０５は、電動機１０７の回生動作時に入力される交流電圧を直流電圧に変換して蓄電器１０１に充電する。尚、蓄電器１０１は、不図示の充電器を介して、外部電源によっても充電可能である。

電動機１０７は、車両１が走行するための動力を発生する。電動機１０７で発生したトルクは、ギア１１９を介して駆動軸１２７に伝達される。なお、電動機１０７の回転子はギア１１９に直結されている。また、電動機１０７は、回生ブレーキ時には発電機として動作し、電動機１０７で発電された電力は蓄電器１０１に充電される。

内燃機関１０９は、クラッチ１１５が開放されて車両１がシリーズ走行する際には、発電機１１１を駆動するためだけに用いられる。但し、クラッチ１１５が締結されると、内燃機関１０９の出力は、車両１が走行するための機械エネルギーとして、発電機１１１、クラッチ１１５及びギア１１９を介して駆動軸１２７に伝達される。また、内燃機関１０９の排気系には、浄化装置１１０が接続されている。浄化装置１１０は、例えば、排気マニホールド直下に配置された三元触媒や、床下に配置された吸着触媒等からなる。内燃機関１０９から排出される排気ガスは、浄化装置１１０の触媒を介して浄化された後、車両１の外部へと排出される。

発電機１１１は、内燃機関１０９の動力によって駆動され、電力を発生する。発電機１１１が発電した電力は、蓄電器１０１に充電されるか、第２インバータ１１３及び第１インバータ１０５を介して電動機１０７に供給される。第２インバータ１１３は、発電機１１１が発生した交流電圧を直流電圧に変換する。第２インバータ１１３によって変換された電力は、蓄電器１０１に充電されるか、第１インバータ１０５を介して電動機１０７に供給される。

クラッチ１１５は、マネジメントＥＣＵ１２５からの指示に基づいて、内燃機関１０９から駆動輪１２９までの駆動力の伝達経路を断接する。

ギア１１９は、例えば５速相当の１段の固定ギアである。したがって、ギア１１９は、電動機１０７からの駆動力を、特定の変速比での回転数及びトルクに変換して、駆動軸１２７に伝達する。車速センサ１２１は、車両１の走行速度（車速ＶＰ）を検出する。車速センサ１２１によって検出された車速ＶＰを示す信号は、マネジメントＥＣＵ１２５に送られる。回転数センサ１２３は、内燃機関１０９の回転数Ｎｅを検出する。回転数センサ１２３によって検出された回転数Ｎｅを示す信号は、マネジメントＥＣＵ１２５に送られる。また、トルクセンサ１２４は、内燃機関１０９のトルクＴｅを検出する。トルクセンサ１２４によって検出されたトルクＴｅを示す信号は、マネジメントＥＣＵ１２５に送られる。

マネジメントＥＣＵ１２５は、車速ＶＰに基づく電動機１０７の回転数の算出、クラッチ１１５の断接、走行モードの切り替え、並びに、電動機１０７、内燃機関１０９及び発電機１１１の制御等を行う。マネジメントＥＣＵ１２５の詳細については後述する。

図２は、図１に示した車両１における駆動システムの主要部を概略的に示した図である。また、図３（ａ）は、車両１がＥＶ走行モード時の駆動状態を示す図である。図３（ｂ）は、車両１がシリーズ走行モード時の駆動状態を示す図である。図３（ｃ）は、車両１がＬ／Ｕ走行モード時の駆動状態を示す図である。

ＥＶ走行モード時の車両１では、図３（ａ）に示すように、クラッチ１１５は開放され、内燃機関１０９は停止されている。車両１は、蓄電器１０１からの電源供給によって駆動する電動機１０７の駆動力によって走行する。走行モード時の車両１では、図３（ｂ）に示すように、クラッチ１１５は開放され、アクセルペダル開度（ＡＰ開度）及び車速等に基づく要求出力を電動機１０７が出力可能な電力を供給するべく内燃機関１０９が運転されている。車両１は、内燃機関１０９の動力に応じて発電する発電機からの電力供給によって駆動する電動機１０７の駆動力によって走行する。Ｌ／Ｕ走行モード時の車両１では、図３（ｃ）に示すように、クラッチ１１５は締結され、内燃機関１０９の駆動力によって走行する。

上述したように、マネジメントＥＣＵ１２５は、クラッチ１１５を開放することにより走行モードをＥＶ走行モード又はシリーズ走行モードに設定し、クラッチ１１５を締結することにより走行モードをＬ／Ｕ走行モードに設定する。走行モードの設定は、図１に示したマネジメントＥＣＵ１２５が、アクセルペダル開度（ＡＰ開度）及び車速ＶＰ等に基づいて走行フェーズを判断した上で行う。例えば、走行フェーズが「発進・加速走行」から「中速定常走行」に変わると、マネジメントＥＣＵ１２５は、走行モードを「ＥＶ走行モード」から「シリーズ走行モード」に切り替える。また、走行フェーズが「中速定常走行」から「追越加速走行」に変わると、マネジメントＥＣＵ１２５は、クラッチ１１５を締結し、走行モードを「シリーズ走行モード」から「Ｌ／Ｕ走行モード」に切り替える。

ところで、車両１がＥＶ走行モードで走行しているときには内燃機関１０９が停止されている一方、シリーズ走行モードまたはＬ／Ｕ走行モードで走行しているときには内燃機関１０９が運転される。したがって、車速ＶＰの増加等に伴って車両１の走行モードがＥＶ走行モードからシリーズ走行モードへと切り替えられる際には、マネジメントＥＣＵ１２５が内燃機関１０９を始動させる。上記したように、内燃機関１０９の運転時に排出される排気ガスは、浄化装置１１０の触媒を介して浄化された後で車両１の外部へと排出される。しかしながら、浄化装置１１０の触媒はある程度高温のときに活性化するものであるため、必要な浄化性能を確保するには触媒を十分に昇温させておく必要がある。

そのため、マネジメントＥＣＵ１２５は、内燃機関１０９の通常運転に先立って暖機運転を実施することにより、浄化装置１１０の触媒を昇温させる。この暖機運転は、２段階のフェーズに分けて行われる。まず、第１フェーズにおいては、マニホールド直下に配置された三元触媒の温度を上昇させ、続く第２フェーズにおいては、床下の吸着触媒の温度を上昇させる。特に暖機運転の第２フェーズにおいては、内燃機関１０９への吸気量を増やして大きなトルクを発生させることにより、床下の吸着触媒の温度を早期に上昇させることが好ましい。尚、内燃機関１０９の暖機運転によっても発電機１１１により発電することができ、発電された電力は蓄電器１０１へと充電される。

図４は、従来の暖機運転の一例を説明するための図である。図４に示されるように、マネジメントＥＣＵ１２５は、時点ｔ０で暖機運転を開始し（ＦＩＲＥ実施フラグをＯＮにし）、予め設定された暖機運転終了カウンタ（ＦＩＲＥ終了カウンタ）が０となる時点ｔ２において、暖機運転を終了している。時点ｔ０〜ｔ１間においては、内燃機関１０９の回転数ＮｅおよびトルクＴｅがともに変動しているが、時点ｔ１〜ｔ２間においては内燃機関１０９の回転数ＮｅおよびトルクＴｅとも略一定に保たれるように、内燃機関１０９がマネジメント１２５により制御される。この例では、所定時間（暖機運転終了カウンタに対応する時間）内における内燃機関１０９の仕事量が暖機運転の度にほぼ同等となるように制御が行われており、浄化装置１１０の触媒を十分に昇温させることが可能である。

ところで、図４の例においては、車速ＶＰが減少している時点ｔ１〜ｔ２間においても、内燃機関１０９のトルクＴｅが高い状態で略一定となるように制御されている。しかしながら、このような低車速での走行時は走行音も小さくなるので、内燃機関１０９のトルクＴｅが高い状態で運転すると内燃機関１０９の運転音や振動が車内に伝わり、ＮＶ性能を低下させるおそれがある。これは、特に、暖機運転の第２フェーズにおいて床下の触媒が暖機されているときに突然車速が減少した場合等に顕著である。また、ハイブリッド車両のように静音性が重視される車両においては、内燃機関１０９の運転音によってユーザに違和感を与えるおそれもある。

図５は、本実施形態による暖機運転を説明するための図である。図５において、時点ｔ０〜ｔ１間の内燃機関１０９の回転数ＮｅおよびトルクＴｅは、図４と同様である。そして、図５においても、図４と同様に、時点ｔ１〜ｔ２間において車速ＶＰが減少している。

ここで、本実施形態においては、内燃機関１０９の暖機運転中に車速ＶＰがある程度減少した場合には、マネジメントＥＣＵ１２５が、内燃機関１０９のトルクＴｅを減少させるように制御する。具体的には、車速ＶＰの減少率が所定の閾値を越えた時点ｔ１〜ｔ２間において、内燃機関１０９への吸気量を減少させる等によりエンジントルクを引き下げるように制御されている。これにより、低速走行時における内燃機関１０９の運転音や振動を低減することができ、車内へと伝わることを防止することができる。

一方、内燃機関１０９のトルクＴｅを減少させると、内燃機関１０９の仕事量も減少するため、予め設定された暖機運転終了カウンタに基づいて暖機運転を終了すると触媒がまだ十分に昇温していないおそれがある。そこで、本実施形態においては、所定の時間としての暖機運転終了カウンタの代わりに、予め設定された所定の目標仕事量（ＦＩＲＥ目標仕事量）を用いる。そして、マネジメントＥＣＵ１２５は、暖機運転中の内燃機関１０９の積算仕事量がこのＦＩＲＥ目標仕事量を達成する時点ｔ３まで、暖機運転を継続する。図４と比較してわかるように、図５に示す本実施形態では、内燃機関１０９のトルクＴｅを減少させたことによる仕事量の減少分だけ、暖機運転の終了時点が延長されている。これにより、触媒を十分昇温できるだけの仕事量を確実に得ることができるので、浄化装置１１０の浄化性能を十分に発揮させることができる。

以下、本実施形態に係る車両１の制御装置の動作を、図６に示すフローチャートを参照して説明する。まず、マネジメントＥＣＵ１２５は、内燃機関１０９の暖機運転の要求があるかどうかを判断する（ステップＳ１）。この暖機運転の要求は、車速ＶＰに基づく内燃機関１０９の始動要求等などによって生じる。次に、マネジメントＥＣＵ１２５は、暖機運転による所定の目標仕事量（ＦＩＲＥ目標仕事量）を取得する（ステップＳ２）。ＦＩＲＥ目標仕事量の初期値は浄化装置１１０の触媒および内燃機関１０９の特性等に応じて予め定められており、不図示のメモリ等に格納されている。

次に、マネジメントＥＣＵ１２５は、内燃機関１０９の回転数Ｎｅを回転数センサ１２３から取得し、内燃機関１０９のトルクＴｅをトルクセンサ１２４から取得し、車両１の車速ＶＰを車速センサ１２１から取得する（ステップＳ３）。そして、マネジメントＥＣＵ１２５は、内燃機関１０９の回転数ＮｅおよびトルクＴｅに基づいて内燃機関１０９の仕事量を導出し、暖機運転中の積算仕事量（ＦＩＲＥ中積算仕事量）を導出する（ステップＳ４）。ＦＩＲＥ中積算仕事量は、具体的には、暖機運転継続中に前回導出した積算仕事量に対して今回導出した内燃機関１０９の仕事量を加算することにより導出される。そして、マネジメントＥＣＵ１２５は、導出されたＦＩＲＥ中積算仕事量がＦＩＲＥ目標仕事量以下であるかどうかを判断する（ステップＳ５）。

ステップＳ５でＦＩＲＥ中積算仕事量≦ＦＩＲＥ目標仕事量であると判断された場合、マネジメントＥＣＵ１２５は、ＦＩＲＥ中積算仕事量に基づき、暖機運転中の目標点火時期を決定し（ステップＳ６）、暖機運転中の内燃機関１０９の目標回転数を決定する（ステップＳ７）。さらに、マネジメントＥＣＵ１２５は、ＦＩＲＥ中積算仕事量や車速ＶＰに基づき、暖機運転中の内燃機関１０９の目標トルクを決定する（ステップＳ８）。そして、マネジメントＥＣＵ１２５は、ＦＩＲＥ実施フラグを１とし（ステップＳ９）、ステップＳ１へと戻って暖機運転を継続するかどうかを再度判断することとなる。ステップＳ１で暖機運転の要求がないと判断された場合や、ステップＳ５で、ＦＩＲＥ中積算仕事量＞ＦＩＲＥ目標仕事量と判断された場合には、マネジメントＥＣＵ１２５がＦＩＲＥ実施フラグを０として（ステップＳ１０）、処理を終了する。

以上説明したように、本実施形態の車両の制御装置によれば、車両１の走行状況に応じた暖機運転を実施することができる。すなわち、内燃機関１０９の暖機運転中に車両１の走行速度が減少した場合には内燃機関１０９のトルクを減少させることにより、内燃機関１０９による騒音や振動を抑制してＮＶ性能を向上することができる。また、内燃機関１０９の暖機運転中に内燃機関１０９のトルクを減少した場合には暖機運転を実施する時間が延長されるので、浄化装置１１０の浄化性能を確保することができる。また、内燃機関１０９の暖機運転中の実際の仕事量の変化に応じて暖機運転を実施する時間を変化させることができるので、浄化装置１１０の浄化性能を確保することができる。

尚、本発明は、前述した実施形態に限定されるものではなく、適宜、変形、改良等が可能である。また、例えば前述した実施形態では、車速ＶＰの減少率が所定の閾値を超えた場合に、内燃機関１０９のトルクＴｅを減少させるように制御していたが、これに限定されない。マネジメントＥＣＵ１２５は、車速ＶＰの増減に伴って内燃機関１０９のトルクＴｅを増減させるような制御を行うものであってもよい。また、マネジメントＥＣＵ１２５は、例えば夜間の住宅街等、ＮＶ性能が特に必要となるような環境を車両１が走行中に、内燃機関１０９のトルクＴｅを減少させるように制御してもよい。また、蓄電器１０１の残容量が非常に少ない場合には、内燃機関１０９のトルクＴｅを増加させるように制御してもよい。また、例えば、車両１の走行環境が非常に高温である場合や非常に低温である場合には、内燃機関１０９の暖機運転による目標仕事量を変更することにより、暖機運転の実施時間を短くするように、または長くするように制御してもよい。

また、前述した実施形態において、マネジメントＥＣＵ１２５は、車速センサ１２１から車速ＶＰを取得していたが、マネジメントＥＣＵ１２５は電動機１０７の回転数Ｎｅに基づき車速ＶＰを導出するものであってもよい。また、前述した実施形態において、マネジメントＥＣＵ１２５は、トルクセンサ１２４から内燃機関１０９のトルクＴｅを取得していたが、マネジメントＥＣＵ１２５が内燃機関１０９の現在の吸入空気量や点火時期に基づきトルクＴｅを導出するものであってもよい。

また、本発明に係る制御装置は、シリーズ・パラレル方式のＨＥＶに適用されるものとして説明したが、シリーズ方式のＨＥＶやパラレル方式のＨＥＶにも、また、ガソリン車等にも本発明を適用可能である。

１ハイブリッド車両（車両）
１０７電動機
１０９内燃機関
１１０浄化装置
１２５マネジメントＥＣＵ

Claims

触媒により排気ガスを浄化する浄化装置が排気系に接続された内燃機関と、電動機と、の少なくとも一方からの動力によって走行する車両の制御装置であって、
前記車両の走行状況を検出する検出部と、
前記検出部の検出結果に基づき、前記内燃機関の暖機運転の実施時間を設定する設定部と、
前記設定部により設定された実施時間に応じて、前記内燃機関の暖機運転を制御する暖機運転制御部と、を備える制御装置。
前記検出部が、前記車両の走行速度を検出し、
前記内燃機関の暖機運転中に前記検出部により検出された前記車両の走行速度が減少した場合、前記暖機運転制御部が前記内燃機関のトルクを減少させるように制御し、前記設定部が前記内燃機関の暖機運転の実施時間を延長する、請求項１に記載の制御装置。
前記設定部は、暖機運転中における前記内燃機関の総仕事量が所定の目標仕事量となるように、前記内燃機関の暖機運転の実施時間を設定する、請求項１または２に記載の制御装置。