JP2014121961A - ハイブリッド車のエンジン始動制御装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】走行モードの切換え時にエンジンを始動した際に、走行性能の低下を防止する。
【解決手段】EVモード(第1のモード)とエンジン2を作動させる他のモード(シリーズモード、パラレルモード)とを切換え可能なハイブリッド車のエンジン始動制御装置であって、車両1の走行駆動に必要とされる要求出力が閾値以下の場合にEVモードとし、要求出力が閾値を超えた場合にエンジン2を始動してEVモードから他のモードに切換えるハイブリッドコントロールユニット20を備え、ハイブリッドコントロールユニット20は駆動用バッテリ11の出力可能な最大電力からエンジン2の始動時にモータジェネレータ9へ供給される電力を減算した値で発揮できるフロントモータ4及びリヤモータ6の出力以下に閾値を設定する。
【選択図】図1

Description

本発明は、ハイブリッド車の走行モードの切換時におけるエンジン始動制御に関する。
近年開発されているハイブリッド車において、走行モードを、エンジンを作動させずに駆動用バッテリからの電力により電気モータ(駆動用モータ)で走行駆動するEVモードと、エンジンにより発電機を駆動して発電しつつ、駆動用モータで走行駆動するシリーズモードや、エンジン及び駆動用モータによって走行駆動可能なパラレルモードとに切換え可能な車両が知られている。
例えば、特許文献1には、走行モードをEVモードとシリーズモードとに自動的に切換えるハイブリッド車が開示されている。更に、EVモードからシリーズモードへの切換時にエンジンを始動させる際に、駆動用バッテリの充電率が大きく低下している状態では、スタータモータによる電力消費によって駆動用バッテリの出力電圧が低下して駆動用モータへの電力供給が十分に行われず、走行性能が低下する虞があるので、これを防止するために、特許文献1では、駆動用バッテリの充電率が大きく低下する前にエンジンの始動を行い、駆動用モータへの電力供給を確保する技術が提案されている。
特開2001−103607号公報
しかしながら、例えばアクセル全開加速時において、駆動用バッテリからの供給電力だけでは駆動用モータの出力が不足するような車両においては、特許文献1のように駆動用バッテリの充電率に基づいてエンジンを始動させるのでは十分ではなく、要求出力の増加に応じてエンジンを始動して発電機から電力を供給しなければならない。そして、このように要求出力の増加に応じてエンジンを始動させるハイブリッド車においても、EVモードにて走行中にエンジンを始動したときに、走行性能の低下を防止することが要求されている。
本発明は、上述した課題を解決すべくなされたものであり、その目的とするところは、走行モードの切換え時にエンジンを始動した際に、走行性能の低下を防止できるハイブリッド車のエンジン始動制御装置を提供することにある。
上記の目的を達成するべく、請求項1のハイブリッド車のエンジン始動制御装置は、エンジンと、当該エンジンにより駆動されて発電する発電機と、発電機から電力を供給されて充電可能な駆動用バッテリと、駆動用バッテリから電力を供給されて駆動輪を駆動する駆動用モータと、駆動用バッテリから供給された電力でエンジンを始動する回転電機と、を備えるハイブリッド車のエンジン始動制御装置であって、エンジン始動制御装置は、エンジンの作動を停止し、駆動用バッテリから供給された電力により駆動用モータを駆動して駆動輪を駆動する第1のモードと、エンジンにより発電機を駆動して発電しながら、駆動用モータにより駆動輪を駆動する第2のモードと、を切換える制御手段を有し、制御手段は、車両の走行に必要とされる要求出力が、駆動用バッテリの出力可能な最大電力からエンジンの始動時に回転電機へ供給される電力を減算した所定の電力で発揮できる駆動用モータの出力に基づいて設定される閾値以下の場合に第1のモードとし、要求出力が閾値を超えた場合にエンジンを始動して第1のモードから第2のモードに切換えることを特徴とする。
また、請求項2のハイブリッド車のエンジン始動制御装置は、請求項1において、駆動用バッテリの温度を検出する温度検出手段と、閾値を補正する補正手段と、を備え、補正手段は、駆動用バッテリの温度が低下するに伴って閾値を低下させるように補正することを特徴とする。
また、請求項3のハイブリッド車のエンジン始動制御装置は、請求項2において、駆動用バッテリの充電率を検出する充電率検出手段を備え、補正手段は、駆動用バッテリの充電率が低下するに伴って閾値を低下させるように補正することを特徴とする。
請求項1のハイブリッド車のエンジン始動制御装置によれば、要求出力が閾値を超えた場合にエンジンを始動させて走行モードを第1のモードから第2のモードに切り換えるが、この閾値を駆動用バッテリの出力可能な最大電力からエンジンの始動時に回転電機へ供給される電力を減算した所定の電力で発揮できる駆動用モータの出力に基づいて設定されるので、エンジンの始動時に回転電機によって電力が消費されても、駆動用バッテリから駆動用モータへ要求出力に対応した電力供給を確保することが可能となる。したがって、例えば第1のモードによる車両走行時に要求出力が増加して第2のモードに切り換わる際に、エンジンの始動タイミングが適切に行われ、エンジン始動の際の車両の走行性能の低下を防止することができる。
請求項2のハイブリッド車のエンジン始動制御装置によれば、駆動用バッテリの温度が低下するに伴って閾値が低下するよう補正されるので、駆動用バッテリの温度変化に伴う駆動用バッテリの最大出力の変化に対応して閾値が補正され、要求出力が増加したときにエンジンの始動タイミングが要求出力の低いうちから早めに行われ、エンジン始動の際の車両の走行性能の低下をより確実に防止することができる。
請求項3のハイブリッド車のエンジン始動制御装置によれば、駆動用バッテリの充電率が低下するに伴って閾値を低下するように補正するので、駆動用バッテリの充電率の低下に伴う駆動用バッテリの最大出力の低下に対応して閾値が適切に設定され、要求出力の増加時においてエンジンの始動タイミングが要求出力の低いうちから早めに行われ、エンジン始動の際の車両の走行性能の低下をより確実に防止することができる。
本発明の一実施形態に係るプラグインハイブリッド車の概略構成図である。 エンジン始動時におけるモータジェネレータの(A)回転速度、(B)駆動トルク、(C)駆動出力の推移の一例を示すタイムチャートである。 駆動用バッテリの温度と閾値の補正係数との関係を示すグラフである。
以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。
図1は、本発明の一実施形態に係るプラグインハイブリッド車(以下、車両1という)の概略構成図である。
本実施形態の車両1は、エンジン2の出力によって前輪3を駆動して走行可能であるとともに、前輪3を駆動する電動のフロントモータ4(駆動用モータ)及び後輪5を駆動する電動のリヤモータ6(駆動用モータ)を備えた4輪駆動車である。
エンジン2は、減速機7を介して前輪3の駆動軸8を駆動可能であるとともに、減速機7を介してモータジェネレータ9(回転電機、発電機)を駆動して発電させることが可能となっている。また、モータジェネレータ9は、駆動用バッテリ11から電力を供給されてエンジン2の始動を行うスタータモータの機能を有している。
フロントモータ4は、フロントインバータ10を介して、車両1に搭載された駆動用バッテリ11及びモータジェネレータ9から高電圧の電力を供給されて駆動し、減速機7を介して前輪3の駆動軸8を駆動する。減速機7には、エンジン2の出力軸と前輪3の駆動軸8との間の動力の伝達を断接切換え可能なクラッチ7aが内蔵されている。
リヤモータ6は、リヤインバータ12を介して駆動用バッテリ11及びモータジェネレータ9から高電圧の電力を供給されて駆動し、減速機13を介して後輪5の駆動軸14を駆動する。
モータジェネレータ9によって発電された電力は、フロントインバータ10を介して駆動用バッテリ11を充電可能であるとともに、フロントモータ4及びリヤモータ6に電力を供給可能である。
駆動用バッテリ11は、リチウムイオン電池等の二次電池で構成され、複数の電池セルをまとめて構成された図示しない電池モジュールを有しており、更に、電池モジュールの温度及び充電率(State Of Charge、以下、SOC)等を監視するバッテリモニタリングユニット11aを備えている。なお、バッテリモニタリングユニット11aは、充電率検出手段及び温度検出手段を含む。
フロントインバータ10は、フロントモータコントロールユニット10aとジェネレータコントロールユニット10bを有している。フロントモータコントロールユニット10aは、ハイブリッドコントロールユニット20(制御手段)からの制御信号に基づきフロントモータ4の出力を制御する。ジェネレータコントロールユニット10bは、ハイブリッドコントロールユニット20からの制御信号に基づきモータジェネレータ9の発電量を制御するとともに、モータジェネレータ9によるエンジン2の始動を制御する機能を有する。
リヤインバータ12は、リヤモータコントロールユニット12aを有している。リヤモータコントロールユニット12aは、ハイブリッドコントロールユニット20からの制御信号に基づきリヤモータ6の出力を制御する機能を有する。
また、車両1には、駆動用バッテリ11を外部電源によって充電する充電機21が備えられている。
ハイブリッドコンロトールユニット20は、車両1の総合的な制御を行うための制御装置であり、入出力装置、記憶装置(ROM、RAM、不揮発性RAM等)、中央演算処理装置(CPU)及びタイマ等を含んで構成される。
ハイブリッドコンロトールユニット20の入力側には、駆動用バッテリ11のバッテリモニタリングユニット11a、フロントインバータ10のフロントモータコントロールユニット10aとジェネレータコントロールユニット10b、リヤインバータ12のリヤモータコントロールユニット12a、エンジン2の駆動制御を行うエンジンコントロールユニット22、及びアクセル操作量を検出するアクセルポジションセンサ40が接続されており、これらの機器からの検出及び作動情報が入力される。
一方、ハイブリッドコンロトールユニット20の出力側には、フロントインバータ10のフロントモータコントロールユニット10aとジェネレータコントロールユニット10b、リヤインバータ12のリヤモータコントロールユニット12a、減速機7(クラッチ7a)、エンジンコントロールユニット22が接続されている。
そして、ハイブリッドコンロトールユニット20は、上記各種検出及び作動情報に基づいて、車両1の走行駆動に必要とされる要求出力Pを演算し、エンジンコントロールユニット22、フロントモータコントロールユニット10a、ジェネレータコントロールユニット10b及びリヤモータコントロールユニット12a、減速機7に制御信号を送信して、走行モード(EVモード(電気自動車モード)、シリーズモード、パラレルモード)の切り換え、エンジン2とフロントモータ4とリヤモータ6の出力、モータジェネレータ9での発電量を制御する。
EVモードでは、エンジン2を停止し、駆動用バッテリ11から供給される電力によりフロントモータ4やリヤモータ6を駆動して走行させる。
シリーズモードでは、減速機7のクラッチ7aを切断し、エンジン2によりモータジェネレータ9を駆動する。そして、モータジェネレータ9により発電された電力及び駆動用バッテリ11から供給される電力によりフロントモータ4やリヤモータ6を駆動して走行させる。
パラレルモードでは、減速機7のクラッチ7aを接続し、エンジン2から減速機7を介して機械的に動力を伝達して前輪3を駆動させる。また、エンジン2によりモータジェネレータ9を作動させて発電した電力や駆動用バッテリ11から供給される電力によってフロントモータ4やリヤモータ6を駆動して走行させる。
ハイブリッドコントロールユニット20は、走行モードの切換えを、駆動用バッテリ11の充電率SOC、要求出力P、走行速度に基づいて行う。例えば、高車速時にはパラレルモードを選択し、低車速時にはEVモードまたはシリーズモードに切換える。
EVモードと他のモードとの切換えは、アクセル操作量等から演算される要求出力Pとに基づいて行なわれる。例えば、要求出力Pが低い場合にはEVモード(第1のモード)にし、要求出力が高い場合にはEVモード以外のモード(第2のモード)にする。
本実施形態では特に、このEVモードから他のモードに切り換わる際のエンジンの始動タイミングに特徴を有している。
詳しくは、ハイブリッドコントロールユニット20は、アクセルポジションセンサ40からアクセル操作量を入力して、車両1の走行駆動に必要な要求出力Pを演算する。そして、この要求出力Pが閾値Paを超える場合に、エンジン2を始動してEVモードから他のモードへ切換える。本実施形態では、この閾値Paを、駆動用バッテリ11の最大出力Wbからエンジン2の始動時におけるモータジェネレータ9による消費電力Wsを減算した値以下に設定する。
エンジン始動時におけるモータジェネレータ9による消費電力Wsは、あらかじめ決められた値であり、実験等により確認の上設定すればよい。
図2は、エンジン始動時におけるモータジェネレータ9の(A)回転速度、(B)駆動トルク、(C)駆動出力Psの推移の一例を示すタイムチャートである。
エンジン始動時には、モータジェネレータ9の目標回転速度は、図2(A)に示すように、エンジン停止状態における回転速度0から、クランキング回転速度に増加し、エンジン始動後にはエンジン2の回転速度に応じて増加するが、実回転速度は回転する部位の慣性により滑らかに増加する。
このとき、モータジェネレータ9の駆動トルクは、図2(B)に示すように、クランキング開始直後にエンジン回転速度の加速度の増加に伴って大幅に増加する。そして、エンジン2の始動後には、エンジン2によって駆動されるため、駆動トルクは−となる。なお、図2(B)中において+はモータジェネレータ9から駆動トルクを出力し、−はモータジェネレータ9に駆動トルクを入力している状態を示す。
モータジェネレータ9の駆動出力Psは、図2(C)に示すように、クランキング時に上昇し、クランキング終了とともに0となる。なお、モータジェネレータ9の駆動出力Psは、モータジェネレータ9による駆動用バッテリ11からの消費電力Wsに効率ηを積算した値である(Ps=Ws×η)。したがって、エンジン始動時におけるモータジェネレータ9による消費電力Wsも、駆動出力Psと同様にクランキング時に最も上昇する。
そして、クランキング時におけるモータジェネレータ9の消費電力Wsの最大値(=Psの最大値/η)をあらかじめ確認しておき、前述の閾値Paの設定に用いればよい。
また、ハイブリッドコントロールユニット20に含まれる補正手段は、バッテリモニタリングユニット11aから駆動用バッテリ11の温度Tbを入力し、当該温度Tbに基づいて、閾値Paを補正する。
図3は、駆動用バッテリ11の温度Tbと閾値Paの補正係数Ctとの関係の一例を示すマップである。補正係数Ctは、駆動用バッテリ11の最大出力Wbと相関するように設定すればよい。
図3に示すように、補正係数Ctは、温度Tbの低下に伴って低下する。特に温度Tbが0℃より低くなると補正係数Ctが大幅に低下する。
ハイブリッドコントロールユニット20は、図3に示すマップを用いて、駆動用バッテリ11の温度Tbに対応した補正係数Ctを求め、この補正係数Ctを前述の閾値Paに積算して補正する。したがって、閾値Paは、温度Tbの低下に伴って低下するように補正される。そして、ハイブリッドコントロールユニット20は、この補正された閾値Paをもって、前述のように、要求出力Pと比較してエンジン2の始動を判定する。
以上のように、ハイブリッドコントロールユニット20は、EVモードによる車両走行時に要求出力Pが増加して閾値Paを超えると、エンジン2を始動させてEVモードからシリーズモードに切り換える。
閾値Paは、駆動用バッテリ11の最大出力Wbからエンジン2の始動時におけるモータジェネレータ9による消費電力Wsを減算した値以下に設定されるので、エンジン2の始動時にモータジェネレータ9によって電力が消費されても、駆動用バッテリ11から駆動用モータ(フロントモータ4及びリヤモータ6)への要求出力Pに応じた電力供給が可能となる。したがって、EVモードによる車両走行時に要求出力Pが増加して他のモードに切り換わる際に、エンジン2の始動タイミングが要求出力Pの低いうちに早めに行なわれ、エンジン始動の際の車両1の走行性能の低下を防止することができる。
また、エンジン2の始動開始判定に用いられる要求出力Pの閾値Paが、駆動用バッテリ11の温度Tbに基づいて求められた補正係数Ctを積算して補正されるので、駆動用バッテリ11の温度変化に伴う駆動用バッテリ11の最大出力Wbの変化に対応して閾値Paを変更し、エンジン2の始動タイミングをより適切に行うことが可能となる。特に、駆動用バッテリ11の温度Tbが低下したときに低下する補正係数Cを積算して閾値Paを低下させるので、要求出力Pの増加時にエンジン2の始動タイミングを更に早めて、低温時におけるエンジン始動の際の車両1の走行性能の低下をより確実に防止することができる。
また、閾値Paを駆動用バッテリ11の充電率SOCに基づいて補正してもよい。具体的には、充電率SOCが低下するに伴って閾値Paが低下するように補正するとよい。充電率SOCの低下時には、一般的に駆動用バッテリ11の最大出力Wbが低下するので、このように充電率SOCの低下に伴って閾値Paを低く設定することで、要求出力Pの増加時においてエンジン2の始動タイミングを更に早めて、エンジン始動の際の車両1の走行性能の低下をより確実に防止することができる。
なお、本願発明は、上記実施形態に限定するものでない。例えば、閾値Paの駆動用バッテリ11の温度Tbによる補正や、充電率SOCによる補正は行わなくともよいし、いずれか一方あるいは両方行ってもよい。
また、本実施形態では、4輪駆動のプラグインハイブリッド車に本発明を適用しているが、少なくともEVモードと、シリーズモードやパラレルモードのようにエンジンの始動を必要とするモードに切換え可能なハイブリッド車に広く適用可能である。
1 車両
2 エンジン
4 フロントモータ(駆動用モータ)
6 リヤモータ(駆動用モータ)
9 モータジェネレータ(回転電機、発電機)
11 駆動用バッテリ
11a バッテリモニタリングユニット(温度検出手段、充電率検出手段)
20 ハイブリッドコントロールユニット(制御手段、補正手段)

Claims (3)

  1. エンジンと、当該エンジンにより駆動されて発電する発電機と、前記発電機から電力を供給されて充電可能な駆動用バッテリと、前記駆動用バッテリから電力を供給されて駆動輪を駆動する駆動用モータと、前記駆動用バッテリから供給された電力で前記エンジンを始動する回転電機と、を備えるハイブリッド車のエンジン始動制御装置であって、
    前記エンジン始動制御装置は、
    前記エンジンの作動を停止し、前記駆動用バッテリから供給された電力により前記駆動用モータを駆動して前記駆動輪を駆動する第1のモードと、
    前記エンジンにより前記発電機を駆動して発電しながら、前記駆動用モータにより前記駆動輪を駆動する第2のモードと、を切換える制御手段を有し、
    前記制御手段は、
    前記車両の走行に必要とされる要求出力が、前記駆動用バッテリの出力可能な最大電力から前記エンジンの始動時に前記回転電機へ供給される電力を減算した所定の電力で発揮できる前記駆動用モータの出力に基づいて設定される閾値以下の場合に前記第1のモードとし、前記要求出力が前記閾値を超えた場合に前記エンジンを始動して前記第1のモードから前記第2のモードに切換えることを特徴とするハイブリッド車のエンジン始動制御装置。
  2. 前記駆動用バッテリの温度を検出する温度検出手段と、
    前記閾値を補正する補正手段と、を備え、
    前記補正手段は、前記駆動用バッテリの温度が低下するに伴って前記閾値を低下させるように補正することを特徴とする請求項1に記載のハイブリッド車のエンジン始動制御装置。
  3. 前記駆動用バッテリの充電率を検出する充電率検出手段を備え、
    前記補正手段は、前記駆動用バッテリの充電率が低下するに伴って前記閾値を低下させるように補正することを特徴とする請求項2に記載のハイブリッド車のエンジン始動制御装置。
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