JP2015209027A - ハイブリッド車両の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】確実にモータの絶縁性能を確保し得るハイブリッド車両の制御装置を提供する。
【解決手段】エンジンおよびモータを備えたハイブリッド車両の制御装置であって、エンジンの運転時、当該エンジンの吸気質量流量を検出する質量流量検出部と、モータを制御する制御部とを備え、制御部は、質量流量検出部で検出された吸気質量流量値に基づきモータに供給される最大電圧を設定する設定部と、設定部で設定された最大電圧値に基づいてモータの駆動を制御する駆動制御部とを有するものとした。同構成によると、モータ制御に用いられるエンジンの吸気質量流量値は、温度の要因も含まれるため、確実にモータの絶縁体の絶縁性能の劣化が防げる。
【選択図】図３

Description

本発明は、シリーズ走行、パラレル走行が可能なハイブリッド車両の制御装置に関する。

エンジンおよびモータが搭載されたハイブリッド車両では、走行状態や搭載バッテリの電力量に応じて、ＥＶ走行(バッテリの電力による走行)、シリーズ走行（エンジン駆動で発電される電力による走行）、パラレル走行（エンジン走行をモータ駆動でアシストする走行）に切り換わるものが知られている。
こうしたハイブリッド車両に搭載されるバッテリの能力には限りがある。このため、近時では、昇圧回路部を用いてモータに供給する電圧を昇圧して、車両の走行性能を高めることが行われつつある。

ところで、ハイブリッド車両は、低地より高い標高、例えば標高数千ｍといった高地を走行することがある。
ところが、こうした高地は、大気圧が低地のときよりも低いため、ハイブリッド車両のモータにおける絶縁体（コイルに被覆されている絶縁体など）の部分放電量が、低地のときに比べ増加しやすい。このため、モータにおける絶縁体の絶縁性能が悪化し、絶縁体の耐久寿命が低下する問題がある。

特に昇圧回路部を用いたハイブリッド車両は、モータに供給する電圧を意図的にバッテリ電圧よりも高電圧化するため、その傾向が高い。
この改善のため、大気圧の変化に応じて、モータに供給する最大電圧を制御する技術が提案されている（特許文献１を参照）。

特許第４６３９９１６号公報

ところが、モータの絶縁体における部分放電量は、温度によっても影響されることは知られている。つまり、部分放電量は、大気圧だけでなく、温度によっても変化する。
このため、特許文献１に記載されているように、大気圧だけで、モータを駆動する最大電圧を制御する技術では、十分なる効果が発揮できるものではなかった。
そこで、本発明の目的は、確実にモータの絶縁性能を確保し得るハイブリッド車両の制御装置を提供する。

本願の態様は、エンジンおよびモータを備えたハイブリッド車両の制御装置であって、エンジンの運転時、当該エンジンの吸気質量流量を検出する質量流量検出部と、モータを制御する制御部とを備え、制御部は、質量流量検出部で検出された吸気質量流量値に基づきモータに供給される最大電圧を設定する設定部と、設定部で設定された最大電圧値に基づいてモータの駆動を制御する駆動制御部とを有するものとした（請求項１）。

好ましくは、質量流量検出部は、エアーフローセンサであるものとした(請求項２)。
好ましくは、エンジンの運転状態を検出する運転状態検出部を備え、設定部は、エンジンの運転状態とに基づき設定されるしきい値を記憶するしきい値記憶部と、吸気質量流量値としきい値とを比較する比較部とを含み、比較部での比較結果に基づき最大電圧値を設定するものとした（請求項３）。

好ましくは、運転状態検出部は、エンジンの回転速度を検出する回転速度検出部と、エンジンのスロットル開度を検出するスロットル開度検出部とを有し、しきい値記憶部は、エンジンの回転速度とスロットル開度とに基づき設定されるしきい値を記憶するものとした（請求項４）。
好ましくは、更に最大電圧値が下げられたことを報知する報知部を備えるものとした（請求項５）。

本発明によれば、エンジンの吸気質量流量は、温度の要因も含まれる。このため、エンジンの吸気質量流量を検出し、この吸気質量流量の変化に応じ、モータに供給される最大電圧を設定し、モータの駆動を制御することにより、大気圧が低くても温度が高いために発生する部分放電を抑えることができる。
したがって、確実にモータの絶縁体の絶縁性能の悪化を防ぐことができる。しかも、吸気質量流量の変化に応じモータに供給される最大電圧を設定するので、新たに大気圧センサや温度センサを設ける必要はなくなる。

本発明の一実施形態に係る態様となるハイブリッド車両に搭載された制御装置を示すブロック図。 標高とエンジンの運転状態（エンジン回転数、スロットル開度）とに基づき設定されたしきい値を示す図。 高地走行に伴うエンジンの吸気質量流量の変化に応じたモータの駆動制御を示すフローチャート。

以下、本発明を図１から図３に示す一実施形態にもとづいて説明する。
図１は本発明を適用したハイブリッド車両を示している。ハイブリッド車両は、走行用のエンジン１、同エンジン１で駆動される発電機１５、走行用のモータ２０（例えば三相交流同期電動機）、走行用のバッテリ２５が搭載されている。
このハイブリッド車両には、バッテリ２５の直流電圧を昇圧する昇圧インバータ２９（昇圧回路部）、同昇圧された直流電圧を交流電圧に変換してモータ２０へ供給するインバータ３１、エンジン１を制御するエンジンＥＣＵ３３、昇圧インバータ２９やインバータ３１を制御するＰＨＥＶ−ＥＣＵ３５（以下、ハイブリッドＥＣＵ３５という）なども搭載される。これらから、ハイブリッド車両の制御装置５０を構成している。

このうちエンジン１には、エンジン１の吸気質量流量を検出するエアーフローセンサ２が設けられている。またエンジン１には、エンジン回転速度を検出するエンジン回転数センサ３(本願の運転状態検出部及び回転速度検出部に相当)、エンジンスロットル（図示しない）の開度を検出するスロットル開度センサ４（本願の運転状態検出部及びスロットル開度検出部に相当）が設けられている。

エンジンＥＣＵ３３、ハイブリッドＥＣＵ３５は、エンジン回転数や、スロットル開度や、バッテリ２５の電力量などに基づき各種走行モード、例えば通常の低負荷走行のときはバッテリ２５に蓄えられた電力でモータ２０を駆動するＥＶ走行モード、バッテリ２５の電力量の低下あるいは高電力が求められる走行は、エンジン１で発電機１５を駆動し、発生する電力でモータ２０を駆動するシリーズ走行モード、高速高負荷走行のときはエンジン１の駆動力で走行し、モータ２０の駆動力でアシストするパラレル走行モードに切り換わる設定がなされている。

こうしたハイブリッド車両は、低地よりも標高の高い高地（例えば数千ｍ）を走行する場合、大気圧の低下および気温の上昇により、モータ２０の絶縁体（コイルに被覆されている樹脂性の絶縁体など）における部分放電量が増加し、モータ２０内部における絶縁体の絶縁性能が悪化するおそれがある。
そこで、制御装置５０には、モータ２０の絶縁性能の悪化を抑える技術が講じられている。この技術は、エンジン運転時の吸気質量流量値を検出し、検出された吸気質量流量値に基づきモータ２０を制御するという、大気圧および温度の要素を用いたモータ制御の技術である。

同制御について説明すると、質量流量検出部には、大気圧および温度の要素を含む吸気質量流量の検出に好適な熱式のエアーフローセンサ２が用いられる。
またモータ２０を制御する制御部２１には、エアーフローセンサ２から検出された吸気質量流量値に基づきモータ２０に供給する最大電圧を設定する設定部４１と、設定された最大電圧値に基づいてモータ２０の駆動を制御する駆動制御部４９とが用いられる。設定部４１、駆動制御部４９は、いずれも例えばハイブリッドＥＣＵ３５に設けられる。

このうち設定部４１は、ハイブリッドＥＣＵ３５に接続された記憶部４３（本願のしきい値記憶部に相当）と、ハイブリッドＥＣＵ３５に内蔵された比較部４５および電圧変更部４７とを有する。詳しくは記憶部４３には、どのような標高の高地であるかを特定するためのデータが格納されている。ここでは、記憶部４３には、標高の高い高地を走行することを前提とした吸気質量流量値がしきい値として格納されている。例えば、ある特定標高の高地を走行したときの高地走行相当におけるエンジン１の吸気質量流量値が用いられている。具体的には、例えば図２に示されるようにエンジン１の運転状態を代表するエンジン回転数Ｎ１〜Ｎｎとスロットル開度θ１〜θｍとに基づく各種吸気質量流量値Ａ１１〜Ａｍｎがしきい値として設定されている。これら吸気質量流量値Ａ１１〜Ａｍｎは、高地走行、例えば標高３０００ｍ高地を走行するときを想定したものである。

また比較部４５は、エンジン運転時にエアーフローセンサ２から検出される吸気質量流量値Ｑと、記憶部４３から同エンジン運転状態（エンジン回転数Ｎ１〜Ｎｎ、スロットル開度θ１〜θｍ）に基づき選ばれ設定されるしきい値たる吸気質量流量値Ａとを比較するものである。尚、比較部４５は、例えばエンジン回転数とスロットル開度の変化がある一定値以下の安定している時間内（数秒間）の質量流量の平均値を用いて比較を行う。

電圧変更部４７は、この比較結果に基づき設定された最大電圧値を変更するものである。具体的にはエアーフローセンサ２で検出された吸気質量流量値Ｑが、しきい値たる吸気質量流量値Ａ以上のときは、モータ２０の絶縁体における部分放電量が大気圧や温度の影響を受けていないと判定し、モータ２０に供給される最大電圧値を当初通り定格の最大電圧値Ｖ１（例えば６５０Ｖ）に設定する。また吸気質量流量値Ｑが、しきい値たる吸気質量流量値Ａを下回るときは、モータ２０の絶縁体における部分放電量が大気圧や温度の影響により増えると判定し、定格最大電圧値Ｖ１より低い電圧値、例えば最大電圧値Ｖ２（例えば５５０Ｖ）に変更する機能でなる（Ｖ１＞Ｖ２）。

駆動制御部４９は、この電圧変更部４７で設定された最大電圧値に基づき、モータ２０の駆動が行われるよう、昇圧インバータ２９に対し電圧指示を行う。
また、ハイブリッドＥＣＵ３５には、この最大電圧制御によってモータ２０に供給される最大電圧値が下げられたことを報知する報知部５１が接続されている。報知部５１は、例えばハイブリッド車両の計器盤に点灯表示部（運転者の気付きやすい表示）を設けて構成される。この点灯表示部にて、高地走行の際、運転者に、モータ２０に供給される最大電圧値が定格値よりも低い電圧値で駆動されていることを知らせる。むろん、点灯表示部以外の報知機器を用いても構わない。

このように構成される制御装置５０により、高地走行の際、モータ２０に供給される最大電圧を変更して、大気圧や温度の変化を要因とした、モータ２０の絶縁体における部分放電が抑えられるようにしている。図３には、このモータ２０に供給される最大電圧を変更する制御のフローチャートが示されている。
図３を参照して同制御を詳細に説明すると、今、ハイブリッド車両は、高地、例えば標高３０００ｍを越える高地を、シリーズ走行（発電機１５を駆動し、発電電力で走行）、パラレル走行（エンジン走行をモータ２０の駆動力でアシストする走行）を駆使して走行しているとする。

ここで、この高地走行に際し、エンジン１は運転状態であるから、ステップＳ１からステップＳ３へ進み、現在のエンジン運転状態の吸気質量流量Ｑがエアーフローセンサ２にて検出される。
続くステップＳ５は、エンジン回転数センサ３から、現在のエンジン１の運転状態を表す代表的な要素であるエンジン１のエンジン回転数Ｎが検出され、スロットル開度センサ４から、同じく現在のエンジン１のスロットル開度θが検出される。これら吸気質量流量Ｑ、エンジン回転数Ｎ、スロットル開度θが、エンジンＥＣＵ３３を経てハイブリッドＥＣＵ３５へ入力される。

つぎのステップＳ７は、検出された吸気質量流量値Ｑと、予め記憶部４３のテーブル（図２）で設定されている高地走行相当のしきい値、すなわち吸気質量流量値Ａとを比較する。具体的には、まず標高３０００ｍの高地走行に相当するテーブルの吸気質量流量値群Ａ１１〜Ａｍｎ中から、現在のエンジン１の運転状態におけるエンジン回転数値Ｎとスロットル開度値θに基づき、しきい値となる標高３０００ｍにおける吸気質量流量値Ａ、例えば吸気質量流量値Ａｉｊを選び設定する。そして、この設定した設定吸気質量流量値Ａｉｊと、エアーフローセンサ２で検出した実吸気質量流量値Ｑとを比較する。つまり、現在のエンジン運転状態における大気圧や温度のときの実吸気質量流量Ｑと、同エンジン運転状態で標高３０００ｍの高地を走行したときを想定した設定吸気質量流量Ａｉｊとの比較が行われる。

比較を終えたらステップＳ９へ進み、モータ２０に供給される最大電圧が設定し直される。
例えば実吸気質量流量値Ｑが、標高３０００ｍの高地走行に相当する吸気質量流量値Ａｉｊ以上である場合、モータ２０の絶縁体における部分放電量の増加を招かないと判定し、モータ２０に供給される最大電圧値を定格値通り最大電圧値Ｖ１、例えば６５０Ｖと設定する。

一方、実吸気質量流量値Ｑが、標高３０００ｍの高地走行に相当する設定吸気質量流量値Ａｉｊを下回る場合、現在の定格最大電圧値（６５０Ｖ）では、モータ２０の絶縁体の部分放電量の増加を招くと判定し、モータ２０に供給される最大電圧値を定格値を下回る最大電圧値Ｖ２、例えば５５０Ｖと設定する。
モータ２０に供給される最大電圧の設定を終えたら、ステップＳ１１へ進み、昇圧インバータ２９へ最大電圧値Ｖ２を指示する信号が出力される。これにより、ハイブリッド車両のモータ２０の駆動は、変更された最大電圧値Ｖ２に基づき制御される。また最大電圧値Ｖ２が下げられるに伴い、報知部５１が作動し、運転者に対し、ハイブリッド車両の燃費の低下は、モータ２０に供給される最大電圧値を意図的に下げたことによるもので、故障によるものではないことを報知する。

エンジン１の吸気質量流量Ｑは、温度の要因も含まれるため、エンジン１の吸気質量流量Ｑを検出し、この吸気質量流量Ｑの変化に応じモータ２０に供給される最大電圧を設定することにより、大気圧が低くても温度が高いために発生する部分放電を抑えることができ、モータ２０における絶縁性能の悪化を防ぐことができる。
したがって、確実にモータ２０における絶縁体の絶縁性能の悪化を防ぐことができる。しかも、吸気質量流量Ｑの変化に応じモータ２０に供給される最大電圧を設定することにより、新たに大気圧センサや温度センサを設ける必要がなくなる。特に吸気質量流量の検出には、一般的なエンジンに搭載されているエアーフローセンサ２を用いたので、新たにセンサを設ける必要がなく、簡単な構成ですむ。

更に、本実施形態は、エンジン１が駆動するような高出力が要求されているときのみ、最大電圧を低下させるかどうかの判定を行うので、頻繁に判定されることが防止でき、比較部４５にかかる負荷を低減できる。
しかも、モータ２０に供給される最大電圧の変更（設定）には、エンジンの運転状態に基づき設定されるエンジン１の吸気質量流量値Ａをしきい値として記憶し、このしきい値Ａと、エアーフローセンサ２で検出された吸気質量流量値Ｑとを比較する構成や、比較結果によりモータ２０に供給される最大電圧を変更する構成を採用したので、簡単な処理ですむ。これは、エンジン１の回転速度、エンジンのスロットル開度を検出したり、エンジン１の回転速度とエンジンのスロットル開とに基づき設定されるしきい値を記憶したりする構造を採用したことにもよる。

そのうえ、モータ２０に供給される最大電圧値が下げられたときを報知部５１で報知する構造の採用により、高地走行でハイブリッド車両の燃費が低下したことを運転者に知らせることができる。このことから燃費が低下しても、これはモータ２０に供給される最大電圧の低下によるものと判断できるから、運転者に不安を与えずにすむ。しかも、最大電圧の低下による走行可能距離の減少も、合わせて知らせることができる。

なお、上述した一実施形態における各構成およびそれの組合わせ等は一例であり、本発明の趣旨から逸脱しない範囲内で、構成の付加、省略、置換、およびその他の変更が可能であることはいうまでもない。また本発明は、実施形態によって限定されることはなく、「特許請求の範囲」によってのみ限定されることはいうまでもない。例えば上述した実施形態では、一段のデータのテーブルを用いて、モータの最大電圧を変更したが、これに限らず、標高毎（例えば１０００ｍや５００ｍ刻み）の複数段のデータのテーブルを用いて、モータに供給される最大電圧を変更するようにしてもよい。もちろん、他の手段により、吸気質量流量の変化に基づき、モータに供給する最大電圧を変更するようにしてもよい。

１ エンジン
２ エアーフローセンサ（質量流量検出部）
３ エンジン回転数センサ（運転状態検出部、回転速度検出部）
４ スロットル開度センサ（運転状態検出部、スロットル開度検出部）
２０ モータ
２１ 制御部
４１ 設定部
４３ 記憶部（しきい値記憶部）
４５ 比較部
４７ 電圧変更部
４９ 駆動制御部
５１ 報知部

Claims (5)

1. エンジンおよびモータを備えたハイブリッド車両の制御装置であって、
   前記エンジンの運転時、当該エンジンの吸気質量流量を検出する質量流量検出部と、
   前記モータを制御する制御部とを備え、
   前記制御部は、
   前記質量流量検出部で検出された吸気質量流量値に基づき前記モータに供給される最大電圧を設定する設定部と、
   前記設定部で設定された最大電圧値に基づいて前記モータの駆動を制御する駆動制御部とを有する
   ことを特徴とするハイブリッド車両の制御装置。
2. 前記質量流量検出部は、エアーフローセンサであることを特徴とする請求項１に記載のハイブリッド車両の制御装置。
3. 前記エンジンの運転状態を検出する運転状態検出部を備え、
   前記設定部は、
   前記エンジンの運転状態に基づき設定されるしきい値を記憶するしきい値記憶部と、
   前記吸気質量流量値と前記しきい値とを比較する比較部と、を含み、
   前記比較部での比較結果に基づき前記最大電圧値を設定する
   ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載のハイブリッド車両の制御装置。
4. 前記運転状態検出部は、
   前記エンジンの回転速度を検出する回転速度検出部と、
   前記エンジンのスロットル開度を検出するスロットル開度検出部とを有し、
   前記しきい値記憶部は、
   前記回転速度と前記スロットル開度とに基づき設定されるしきい値を記憶する
   ことを特徴とする請求項３に記載のハイブリッド車両の制御装置。
5. 更に、前記最大電圧値が下げられたことを報知する報知部を備えることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一つに記載のハイブリッド車両の制御装置。

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