JP2014184910A - 車両の制御装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】運転者の誤った操作に基づくエンジンの始動を抑制する。
【解決手段】車両には、エンジンとモータジェネレータとが駆動源として搭載される。この車両は、エンジンを停止させた状態で走行可能である。運転者の操作に基づく始動条件が満たされると、所定の遅延時間が経過した後にエンジンが始動される。始動条件が満たされてから遅延時間が経過する前に始動条件が満たされなくなると、エンジンが停止したまま維持される。運転者の操作に基づく始動条件が満たされても、遅延時間が経過するまではエンジンが始動されないので、運転者の誤操作に基づくエンジンの始動を抑制することができる。
【選択図】図4
【解決手段】車両には、エンジンとモータジェネレータとが駆動源として搭載される。この車両は、エンジンを停止させた状態で走行可能である。運転者の操作に基づく始動条件が満たされると、所定の遅延時間が経過した後にエンジンが始動される。始動条件が満たされてから遅延時間が経過する前に始動条件が満たされなくなると、エンジンが停止したまま維持される。運転者の操作に基づく始動条件が満たされても、遅延時間が経過するまではエンジンが始動されないので、運転者の誤操作に基づくエンジンの始動を抑制することができる。
【選択図】図4
Description
本発明は、車両の制御装置に関し、特に、駆動源としてエンジンと電動モータとを搭載した車両において、走行中にエンジンを始動させるための技術に関する。
エンジンに加えて、走行用の電動モータが搭載された車両が公知である。このような車両では、エンジンを停止させたまま電動モータのみを用いて走行することが可能である。アクセル開度が増大された場合など、大きい駆動力が要求された場合には、要求された駆動力を実現すべく、エンジンが始動される。
特開2005−16442号公報(特許文献1)は、[0010]段落等において、エンジンの始動前に始動用モータが所定のトルクを出力できる駆動電圧までコンバータの出力電圧を予め昇圧した後に、エンジンを始動させることを開示する。特開2005−16442号公報に記載の技術によれば、[0043]段落に記載のように、エンジン始動時間を短縮できる。
しかしながら、運転者が誤ってアクセルペダルを踏む場合もある。このような場合に運転者がアクセルペダルをすぐに戻してもエンジンが始動すると、運転者の意思を反映しているとは必ずしもいえない。
本発明は、上述の課題を解決するためになされたものであって、その目的は、運転者の誤った操作に基づくエンジンの始動を抑制することである。
ある実施例において、車両には、エンジンと電動モータとが駆動源として搭載される。この車両は、エンジンを停止させた状態で走行可能である。制御装置は、運転者の操作に基づく始動条件が満たされると、所定の遅延時間が経過した後にエンジンを始動し、始動条件が満たされてから遅延時間が経過する前に始動条件が満たされなくなると、エンジンを停止したまま維持する。運転者の操作に基づく始動条件が満たされても、遅延時間が経過するまではエンジンが始動されないので、運転者の誤操作に基づくエンジンの始動を抑制することができる。
別の実施例において、車速が高いほど遅延時間が長くされる。これにより、加速が頻繁に要求され得る低車速時には、遅延時間を設定したことに起因するエンジンの始動遅れを低減し、要求された駆動力を速やかに実現できる。
さらに別の実施例において、車両には、電動モータに電力を供給する蓄電装置が搭載される。蓄電装置の出力が低下すると、始動条件が満たされてから遅延時間が経過する前にエンジンが始動される。これにより、電動モータのみでは駆動力が不足し得る場合には、遅延時間の経過を待たずにエンジンを速やかに始動し、必要な駆動力を確保できる。
さらに別の実施例において、車両に搭載された機器に基づく条件が満たされると、遅延時間が経過する前にエンジンが始動される。これにより、運転者の誤操作によるものではないエンジンの始動要求に対しては、速やかに応答することができる。
さらに別の実施例において、車両には、電動モータに電力を供給する蓄電装置が搭載される。蓄電装置の残存容量がしきい値よりも小さいと、遅延時間が経過する前にエンジンが始動される。これにより、電動モータのみを用いた走行が困難となり得る場合には、遅延時間の経過を待たずにエンジンを速やかに始動し、必要な駆動力を確保できる。
以下、図面を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明する。以下の説明では、同一の部品には同一の符号を付してある。それらの名称および機能も同一である。したがって、それらについての詳細な説明は繰返さない。
図1を参照して、車両には、エンジン100と、第1モータジェネレータ110と、第2モータジェネレータ120と、動力分割機構130と、減速機140と、バッテリ150とが搭載される。
エンジン100、第1モータジェネレータ110、第2モータジェネレータ120、バッテリ150は、ECU(Electronic Control Unit)170により制御される。ECU170は複数のECUに分割するようにしてもよい。
この車両は、エンジン100および第2モータジェネレータ120のうちの少なくともいずれか一方からの駆動力により走行する。すなわち、エンジン100および第2モータジェネレータ120のうちのいずれか一方もしくは両方が、運転状態に応じて駆動源として自動的に選択される。
たとえば、運転者がアクセルペダル172を操作した結果に応じて、エンジン100および第2モータジェネレータ120が制御される。アクセルペダル172の操作量(アクセル開度)は、アクセル開度センサ(図示せず)により検出される。
アクセル開度が小さい場合および車速が低い場合などには、第2モータジェネレータ120のみを駆動源として車両が走行する。この場合、エンジン100が停止される。ただし、発電などのためにエンジン100が駆動する場合がある。
また、アクセル開度が大きい場合、車速が高い場合、バッテリ150の残存容量(SOC:State Of Charge)が小さい場合などには、エンジン100が駆動される。この場合、エンジン100のみ、もしくはエンジン100および第2モータジェネレータ120の両方を駆動源として車両が走行する。
エンジン100は、内燃機関である。燃料と空気の混合気が燃焼室内で燃焼することよって、出力軸であるクランクシャフトが回転する。エンジン100から排出される排気ガスは、触媒102によって浄化された後、車外に排出される。触媒102は、特定の温度まで暖機されることによって浄化作用を発揮する。触媒102の暖機は、排気ガスの熱を利用して行なわれる。触媒102は、たとえば三元触媒である。
エンジン100の冷却水は、車両に搭載された空調装置104を通って循環する。空調装置104は、エンジン100の冷却水を用いて車室内の空気を加熱する。より具体的には、ヒータコアに導入された冷却水と空気とが熱交換され、暖められた空気が車室内に送られる。なお、空調装置104には周知の一般的な技術を利用すればよいため、ここではその詳細な説明は繰り返さない。エンジン100の冷却水の温度は、温度センサ106により検出される。
エンジン100、第1モータジェネレータ110および第2モータジェネレータ120は、動力分割機構130を介して接続されている。エンジン100が発生する動力は、動力分割機構130により、2経路に分割される。一方は減速機140を介して前輪160を駆動する経路である。もう一方は、第1モータジェネレータ110を駆動させて発電する経路である。
第1モータジェネレータ110は、U相コイル、V相コイルおよびW相コイルを備える、三相交流回転電機である。第1モータジェネレータ110は、動力分割機構130により分割されたエンジン100の動力により発電する。第1モータジェネレータ110により発電された電力は、車両の走行状態や、バッテリ150の残存容量の状態に応じて使い分けられる。たとえば、通常走行時では、第1モータジェネレータ110により発電された電力はそのまま第2モータジェネレータ120を駆動させる電力となる。一方、バッテリ150のSOCが予め定められた値よりも低い場合、第1モータジェネレータ110により発電された電力は、後述するインバータにより交流から直流に変換される。その後、後述するコンバータにより電圧が調整されてバッテリ150に蓄えられる。
第1モータジェネレータ110が発電機として作用している場合、第1モータジェネレータ110は負のトルクを発生している。ここで、負のトルクとは、エンジン100の負荷となるようなトルクをいう。第1モータジェネレータ110が電力の供給を受けてモータとして作用している場合、第1モータジェネレータ110は正のトルクを発生する。ここで、正のトルクとは、エンジン100の負荷とならないようなトルク、すなわち、エンジン100の回転をアシストするようなトルクをいう。なお、第2モータジェネレータ120についても同様である。
第2モータジェネレータ120は、U相コイル、V相コイルおよびW相コイルを備える、三相交流回転電機である。第2モータジェネレータ120は、バッテリ150に蓄えられた電力および第1モータジェネレータ110により発電された電力のうちの少なくともいずれかの電力により駆動する。
第2モータジェネレータ120の駆動力は、減速機140を介して前輪160に伝えられる。これにより、第2モータジェネレータ120はエンジン100をアシストしたり、第2モータジェネレータ120からの駆動力により車両を走行させたりする。なお、前輪160の代わりにもしくは加えて後輪を駆動するようにしてもよい。
車両の回生制動時には、減速機140を介して前輪160により第2モータジェネレータ120が駆動され、第2モータジェネレータ120が発電機として作動する。これにより第2モータジェネレータ120は、制動エネルギを電力に変換する回生ブレーキとして作動する。第2モータジェネレータ120により発電された電力は、バッテリ150に蓄えられる。
動力分割機構130は、サンギヤと、ピニオンギヤと、キャリアと、リングギヤとを含む遊星歯車から構成される。ピニオンギヤは、サンギヤおよびリングギヤと係合する。キャリアは、ピニオンギヤが自転可能であるように支持する。サンギヤは第1モータジェネレータ110の回転軸に連結される。キャリアはエンジン100のクランクシャフトに連結される。リングギヤは第2モータジェネレータ120の回転軸および減速機140に連結される。
エンジン100、第1モータジェネレータ110および第2モータジェネレータ120が、遊星歯車からなる動力分割機構130を介して連結されることで、エンジン100、第1モータジェネレータ110および第2モータジェネレータ120の回転数は、共線図において直線で結ばれる関係になる。
バッテリ150は、複数のバッテリセルを一体化したバッテリモジュールを、さらに複数直列に接続して構成された組電池である。バッテリ150の電圧は、たとえば200V程度である。バッテリ150には、第1モータジェネレータ110および第2モータジェネレータ120の他、車両の外部の電源から供給される電力が充電される。なお、バッテリ150の代わりにもしくは加えてキャパシタを用いるようにしてもよい。バッテリ150の温度は、温度センサ152により検出される。
図2を参照して、車両には、コンバータ200と、第1インバータ210と、第2インバータ220と、システムメインリレー230とが設けられる。
コンバータ200は、リアクトルと、二つのnpn型トランジスタと、二つダイオードとを含む。リアクトルは、各バッテリの正極側に一端が接続され、2つのnpn型トランジスタの接続点に他端が接続される。
2つのnpn型トランジスタは、直列に接続される。npn型トランジスタは、ECU170により制御される。各npn型トランジスタのコレクタ−エミッタ間には、エミッタ側からコレクタ側へ電流を流すようにダイオードがそれぞれ接続される。
なお、npn型トランジスタとして、たとえば、IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)を用いることができる。npn型トランジスタに代えて、パワーMOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field-Effect Transistor)等の電力スイッチング素子を用いることができる。
バッテリ150から放電された電力を第1モータジェネレータ110もしくは第2モータジェネレータ120に供給する際、電圧がコンバータ200により昇圧される。逆に、第1モータジェネレータ110もしくは第2モータジェネレータ120により発電された電力をバッテリ150に充電する際、電圧がコンバータ200により降圧される。
コンバータ200と、各インバータとの間のシステム電圧VHは、電圧センサ180により検出される。電圧センサ180の検出結果は、ECU170に送信される。
第1インバータ210は、U相アーム、V相アームおよびW相アームを含む。U相アーム、V相アームおよびW相アームは並列に接続される。U相アーム、V相アームおよびW相アームは、それぞれ、直列に接続された2つのnpn型トランジスタを有する。各npn型トランジスタのコレクタ−エミッタ間には、エミッタ側からコレクタ側へ電流を流すダイオードがそれぞれ接続される。そして、各アームにおける各npn型トランジスタの接続点は、第1モータジェネレータ110の各コイルの中性点112とは異なる端部にそれぞれ接続される。
第1インバータ210は、バッテリ150から供給される直流電流を交流電流に変換し、第1モータジェネレータ110に供給する。また、第1インバータ210は、第1モータジェネレータ110により発電された交流電流を直流電流に変換する。
第2インバータ220は、U相アーム、V相アームおよびW相アームを含む。U相アーム、V相アームおよびW相アームは並列に接続される。U相アーム、V相アームおよびW相アームは、それぞれ、直列に接続された2つのnpn型トランジスタを有する。各npn型トランジスタのコレクタ−エミッタ間には、エミッタ側からコレクタ側へ電流を流すダイオードがそれぞれ接続される。そして、各アームにおける各npn型トランジスタの接続点は、第2モータジェネレータ120の各コイルの中性点122とは異なる端部にそれぞれ接続される。
第2インバータ220は、バッテリ150から供給される直流電流を交流電流に変換し、第2モータジェネレータ120に供給する。また、第2インバータ220は、第2モータジェネレータ120により発電された交流電流を直流電流に変換する。
コンバータ200、第1インバータ210および第2インバータ220は、ECU170により制御される。
システムメインリレー230は、バッテリ150とコンバータ200との間に設けられる。システムメインリレー230は、バッテリ150と電気システムとを接続した状態および遮断した状態を切換えるリレーである。システムメインリレー230が開いた状態であると、バッテリ150が電気システムから遮断される。システムメインリレー230が閉じた状態であると、バッテリ150が電気システムに接続される。
システムメインリレー230の状態は、ECU170により制御される。たとえば、ECU170が起動すると、システムメインリレー230が閉じられる。ECU170が停止する際、システムメインリレー230が開かれる。
図3を参照して、エンジン100の制御態様についてさらに説明する。図3に示す車両の出力パワーがエンジン始動しきい値より小さいと、第2モータジェネレータ120の駆動力のみを用いて車両が走行する。この場合、原則として、エンジン100への燃料供給が停止され、エンジン100が停止される。
出力パワーは、車両の走行に用いられるパワーとして設定される。出力パワーは、たとえば、アクセル開度および車速などをパラメータに有するマップに従ってECU170により算出される。なお、出力パワーを算出する方法はこれに限らない。出力パワーの代わりに、トルク、加速度、駆動力およびアクセル開度などを用いるようにしてもよい。たとえば、アクセル開度が、車速毎に定められたしきい値より小さいとエンジン100を停止するようにしてもよい。
一方、運転者の操作に基づく始動条件の一例として、車両の出力パワーがエンジン始動しきい値以上であるという条件が満たされると、エンジン100が駆動される。たとえば、第1モータジェネレータ110によってエンジン100をクランキングすることによって、エンジン100が始動される。これにより、第2モータジェネレータ120の駆動力に加えて、もしくは代わりに、エンジン100の駆動力を用いて車両が走行する。また、エンジン100の駆動力を用いて第1モータジェネレータ110が発電した電力が第2モータジェネレータ120に直接供給される。
本実施の形態においては、車両の出力パワーがエンジン始動しきい値以上であるという条件、すなわち運転者の操作に基づく始動条件が満たされると、図3に示すように、所定の遅延時間が経過した後にエンジン100が始動される。図4に示すように、始動条件が満たされてから遅延時間が経過する前に始動条件が満たされなくなると、エンジン100が停止したまま維持される。遅延時間は、車速に応じて異なる。一例として、車速が高いほど遅延時間が長くされる。遅延時間は、実験およびシミュレーション等の結果に基づいて開発者により予め定められる。
一方、遅延処理のキャンセル条件が満たされた場合には、始動条件が満たされてから遅延時間が経過する前にエンジン100が始動される。一例として、バッテリ150の出力が低下すると、始動条件が満たされてから遅延時間が経過する前にエンジン100が始動される。より具体的には、バッテリ150の温度および残存容量等からバッテリ150の出力(放電電力)の上限値WOUTをECU170が算出し、この上限値WOUTが所定のしきい値よりも小さい場合には、運転者の操作に基づく始動条件が満たされると、図5に示すように、遅延処理が実行されずにエンジン100が始動される。
なお、キャンセル条件はバッテリ150の出力が低下するという条件に限定されず、適宜設定してもよい。また、バッテリ150の劣化を抑制するための出力制限については、キャンセル条件から除外してもよい。
図6を参照して、本実施の形態においては、運転者の操作に基づく始動条件の他、車両に搭載された機器に基づく条件が満たされると、エンジン100が始動される。一例として、バッテリ150の残存容量が所定のしきい値よりも小さいと、エンジン100が始動される。その他、空調装置104の暖房機能がオンにされたときに、エンジン100の冷却水の温度が所定のしきい値よりも低いと、エンジン100が始動される。図6に示すように、車両に搭載された機器に基づく条件が満たされると、上述した遅延時間が経過する前にエンジン100が始動される。すなわち、車両に搭載された機器に基づく条件が満たされると、遅延処理が実行されずにエンジン100が始動される。
図7を参照して、本実施の形態においてECU170が実行する処理について説明する。ソフトウェアにより実現してもよく、ハードウェアにより実現してもよく、ソフトウェアとハードウェアとの協働により実現してもよい。
ステップ(以下ステップをSと略す)100にて、運転者の操作に基づく始動条件が満たされたか否かが判断される。運転者の操作に基づく始動条件が満たされると(S100にてYES)、S102にて、遅延時間が経過したか、もしくは遅延処理のキャンセル条件が満たされたか否かが判断される。
遅延時間が経過した場合、あるいはキャンセル条件が成立した場合(S102にてYES)、S104にて、エンジン100が始動される。その後、S106にて、駆動力の急変を抑制するために、車両全体としての駆動力の増加率、エンジン100の出力パワーの増加率、エンジン100の出力軸回転数の増大率などが制限される。
一方、バッテリ150および空調装置104などの、車両に搭載された機器に基づく条件が満たされると(S108にてYES)、遅延処理は実行されずにS110にてエンジン100が始動される。
今回開示された実施の形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
100 エンジン、102 触媒、104 空調装置、106 温度センサ、110 第1モータジェネレータ、120 第2モータジェネレータ、130 動力分割機構、140 減速機、150 バッテリ、152 温度センサ、160 前輪、170 ECU、172 アクセルペダル、180 電圧センサ、200 コンバータ、210 第1インバータ、220 第2インバータ、230 システムメインリレー。
Claims (5)
- エンジンと電動モータとを駆動源として搭載し、前記エンジンを停止させた状態で走行可能な車両の制御装置であって、
運転者の操作に基づく始動条件が満たされると、所定の遅延時間が経過した後に前記エンジンを始動し、
前記始動条件が満たされてから前記遅延時間が経過する前に前記始動条件が満たされなくなると、前記エンジンを停止したまま維持する、車両の制御装置。 - 車速が高いほど前記遅延時間を長くする、請求項1に記載の車両の制御装置。
- 前記車両には、前記電動モータに電力を供給する蓄電装置が搭載され、
前記蓄電装置の出力が低下すると、前記始動条件が満たされてから前記遅延時間が経過する前に前記エンジンを始動する、請求項1に記載の車両の制御装置。 - 前記車両に搭載された機器に基づく条件が満たされると、前記遅延時間が経過する前に前記エンジンを始動する、請求項1に記載の車両の制御装置。
- 前記車両には、前記電動モータに電力を供給する蓄電装置が搭載され、
前記蓄電装置の残存容量がしきい値よりも小さいと、前記遅延時間が経過する前に前記エンジンを始動する、請求項2に記載の車両の制御装置。
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