JP2019151305A - ハイブリッド車両の制御装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】回生電力の余剰分を消費することによって燃費が悪化することを抑制可能なハイブリッド車両の制御装置を提供すること。【解決手段】本発明に係るハイブリッド車両の制御装置は、駆動モータの回生パワーがバッテリの充電パワーの上限値を上回っている場合、駆動モータの回生パワーとバッテリの充電パワーの上限値との差分値を利用して発電モータを力行駆動することによりエンジンを駆動し、駆動モータの回生パワーがバッテリの充電パワーの上限値を下回っている場合には、発電モータを回生駆動することによりエンジンの運動エネルギーを電気エネルギーに変換してバッテリを充電する制御手段を備える。【選択図】図４

Description

本発明は、ハイブリッド車両の制御装置に関する。
特許文献１には、充電可能電力が電動機による回生電力を下回った場合、回生電力の余剰分で発電機を駆動してエンジンを強制作動させることにより、回生電力の余剰分をエンジンブレーキによって消費するハイブリッド車両の制御装置が記載されている。
特開２００１−２３８３０３号公報
特許文献１に記載のハイブリッド車両の制御装置によれば、回生電力の余剰分をエンジンブレーキによって消費するために、回生電力の余剰分をバッテリに回収しきれずに燃費が悪化する可能性がある。
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであって、その目的は、回生電力の余剰分を消費することによって燃費が悪化することを抑制可能なハイブリッド車両の制御装置を提供することにある。
本発明に係るハイブリッド車両の制御装置は、エンジンと、バッテリと、前記エンジンの出力軸に接続された発電モータと、駆動輪に連結された駆動軸に接続された駆動モータと、を備えるハイブリッド車両の制御装置であって、前記駆動モータの回生パワーが前記バッテリの充電パワーの上限値を上回っている場合、前記駆動モータの回生パワーと前記バッテリの充電パワーの上限値との差分値を利用して前記発電モータを力行駆動することにより前記エンジンを駆動し、前記駆動モータの回生パワーが前記バッテリの充電パワーの上限値を下回っている場合には、前記発電モータを回生駆動することにより前記エンジンの運動エネルギーを電気エネルギーに変換して前記バッテリを充電する制御手段を備えることを特徴とする。
なお、前記制御手段は、減速時に前記エンジンの停止要求があった場合、前記駆動モータの回生パワーと前記バッテリの充電パワーの上限値との差分値が前記エンジンの停止制御に必要な最大パワーを上回った後に前記エンジンの停止制御を実行するとよい。このような構成によれば、エンジンの停止動作中にエンジンの回転数がダンパーの共振周波数帯を素早く通過し、エンジンのトルク変動や振動騒音の発生を抑制できる。
本発明に係るハイブリッド車両の制御装置によれば、駆動モータの回生パワーがバッテリの充電パワーの上限値を下回っている場合、エンジンの運動エネルギーを電気エネルギーに変換してバッテリを充電するので、回生電力の余剰分を消費することによって燃費が悪化することを抑制できる。
図１は、本発明の一実施形態であるハイブリッド車両の制御装置が適用されるハイブリッド車両の構成を示す模式図である。 図２は、本発明の一実施形態である制動制御処理の流れを示すフローチャートである。 図３は、従来の制動制御処理の作用を説明するための図である。 図４は、本発明の一実施形態である制動制御処理の作用を説明するための図である。 図５は、本発明の一実施形態である制動制御処理の変形例を説明するための図である。 図６は、本発明の一実施形態である制動制御処理の変形例を説明するための図である。
以下、図面を参照して、本発明の一実施形態であるハイブリッド車両の制御装置の構成及びその動作について説明する。
〔ハイブリッド車両の構成〕
まず、図１を参照して、本発明の一実施形態であるハイブリッド車両の制御装置が適用されるハイブリッド車両の構成について説明する。
図１は、本発明の一実施形態であるハイブリッド車両の制御装置が適用されるハイブリッド車両の構成を示す模式図である。図１に示すように、本発明の一実施形態であるハイブリッド車両の制御装置が適用されるハイブリッド車両１は、エンジン２の出力軸に発電用のモータ（発電モータ）ＭＧ１を接続すると共に駆動輪３ａ，３ｂに連結された駆動軸４に走行用のモータ（駆動モータ）ＭＧ２を接続したいわゆるシリーズハイブリッド自動車によって構成されている。詳しくは、ハイブリッド車両１は、エンジン２、発電モータＭＧ１、駆動モータＭＧ２、インバータ５ａ，５ｂ、バッテリ６、油圧ブレーキ７、及びハイブリッド車両用電子制御ユニット（以下、ＨＶＥＣＵ（Hybrid Vehicle Electronic Control Unit）と表記）８を主な構成要素として備えている。
エンジン２は、ガソリンや軽油等を燃料として動力を出力する内燃機関によって構成されている。エンジン２は、エンジン用電子制御ユニット（以下、エンジンＥＣＵと表記）２１によって運転制御される。エンジンＥＣＵ２１は、マイクロプロセッサによって構成されており、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、制御プログラムを記憶するＲＯＭ（Read Only Memory）、データを一時的に記憶するＲＡＭ（Random Access Memory）、入出力ポート、及び通信ポート等を備えている。エンジンＥＣＵ２１は、ＨＶＥＣＵ８と通信ポートを介して接続されている。
発電モータＭＧ１は、同期発電電動機によって構成されており、回転子がエンジン２の出力軸に接続されている。駆動モータＭＧ２は、同期発電電動機によって構成されており、回転子が駆動軸４に接続されている。インバータ５ａ，５ｂは、発電モータＭＧ１及び駆動モータＭＧ２に接続されていると共に電力ラインを介してバッテリ６に接続されている。発電モータＭＧ１及び駆動モータＭＧ２は、モータ用電子制御ユニット（以下、モータＥＣＵと表記）３１によってインバータ５ａ，５ｂが備える複数のスイッチング素子をスイッチング制御することにより回転駆動される。モータＥＣＵ３１は、エンジンＥＣＵ２１と同様のマイクロプロセッサによって構成されている。モータＥＣＵ３１は、ＨＶＥＣＵ８と通信ポートを介して接続されている。
バッテリ６は、リチウムイオン二次電池やニッケル水素二次電池によって構成されており、電力ラインを介してインバータ５ａ，５ｂと接続されている。バッテリ６は、バッテリ用電子制御ユニット（以下、バッテリＥＣＵと表記）６１によって管理されている。バッテリＥＣＵ６１は、エンジンＥＣＵ２１と同様のマイクロプロセッサによって構成されている。バッテリＥＣＵ６１は、ＨＶＥＣＵ８と通信ポートを介して接続されている。
油圧ブレーキ７は、回生協調可能なＥＣＢ（Electric Control Braking System）等の油圧ブレーキシステムによって構成されている。油圧ブレーキ７は、ＨＶＥＣＵ８からの制御信号に従ってハイブリッド車両７の制動動作を制御する。
ＨＶＥＣＵ８は、エンジンＥＣＵ２１と同様のマイクロプロセッサによって構成されている。ＨＶＥＣＵ８には、各種センサからの信号が入力ポートを介して入力される。ＨＶＥＣＵ８に入力される信号としては、イグニッションスイッチ８１からのイグニッション信号、エンジン２の回転数を検出するエンジン回転数センサ８２からのエンジン回転数信号、アクセルペダルの踏み込み量を検出するアクセルペダルポジションセンサ８３からのアクセル開度信号、ブレーキペダルの踏み込み量を検出するブレーキペダルポジションセンサ８４からのブレーキペダルポジション信号、車速センサ８５からの車速信号等を例示できる。ＨＶＥＣＵ８は、エンジンＥＣＵ２１、モータＥＣＵ３１、及びバッテリＥＣＵ６１と通信ポートを介して接続されている。
このような構成を有するハイブリッド車両１では、ＨＶＥＣＵ８が、以下に示す制動制御処理を実行することにより回生電力の余剰分を消費することによってハイブリッド車両１の燃費が悪化することを抑制する。以下、図２〜図６を参照して、制動制御処理を実行する際のＨＶＥＣＵ８の動作について説明する。
〔制動制御処理〕
図２は、本発明の一実施形態である制動制御処理の流れを示すフローチャートである。図２に示すフローチャートは、ハイブリッド車両１の制動指令がＨＶＥＣＵ８に入力されたタイミング、具体的には、ハイブリッド車両１が走行している際にブレーキペダルポジションセンサ８４からブレーキペダルポジション信号が出力されたタイミングで開始となり、制動制御処理はステップＳ１の処理に進む。制動制御処理は、制動指令が入力されている間、所定の制御周期毎に繰り返し実行される。
ステップＳ１の処理では、ＨＶＥＣＵ８が、ブレーキペダルポジション信号に基づいて必要制動パワーを算出し、算出された必要制動パワーがバッテリ６の充電パワーＷｉｎの上限値以上であるか否かを判別する。判別の結果、必要制動パワーがバッテリ６の充電パワーＷｉｎの上限値以上である場合（ステップＳ１：Ｙｅｓ）、ＨＶＥＣＵ８は、制動制御処理をステップＳ２の処理に進める。一方、必要制動パワーがバッテリ６の充電パワーＷｉｎの上限値未満である場合には（ステップＳ１：Ｎｏ）、ＨＶＥＣＵ８は、制動制御処理をステップＳ５の処理に進める。
ステップＳ２の処理では、ＨＶＥＣＵ８が、ステップＳ１の処理により算出された必要制動パワーを得るために必要な油圧ブレーキ７による制動パワー、発電モータＭＧ１による制動パワー、及び駆動モータＭＧ２による制動パワーを算出する。具体的には、ＨＶＥＣＵ８は、必要制動パワーとバッテリ６の充電パワーＷｉｎの上限値との差分値を算出し、算出された差分値を油圧ブレーキ７による制動パワーと発電モータＭＧ１による制動パワーとに割り振る。具体的には、車内騒音や車外騒音を考慮して車速に比例してモータリング時のエンジン回転数を上げる。このため、発電モータＭＧ１がエンジン回転数と釣り合うだけのフリクション分のパワーをモータリング用に出力できるように差分値の割り振りを予め決めておく。また、ＨＶＥＣＵ８は、充電パワーＷｉｎの上限値を駆動モータＭＧ２による制動パワーとする。これにより、ステップＳ２の処理は完了し、制動制御処理はステップＳ３の処理に進む。
ステップＳ３の処理では、ＨＶＥＣＵ８が、ステップＳ２の処理により算出された油圧ブレーキ７による制動パワーを得るために必要な油圧ブレーキ７の油圧値を算出する。また、モータＥＣＵ３１が、ステップＳ２の処理により算出された発電モータＭＧ１による制動パワーを得るために必要な発電モータＭＧ１の力行トルクを算出する。さらに、ＨＶＥＣＵ８は、ステップＳ２の処理により算出された駆動モータＭＧ２による制動パワーを得るために必要な駆動モータＭＧ２の回生トルクを算出する。これにより、ステップＳ３の処理は完了し、制動制御処理はステップＳ４の処理に進む。
ステップＳ４の処理では、ＨＶＥＣＵ８が、ステップＳ３の処理により算出された油圧値に油圧ブレーキ７の油圧を制御する。また、モータＥＣＵ３１が、ステップＳ３の処理により算出された力行トルクを出力するように駆動モータＭＧ１を制御することによってエンジン２を駆動（モータリング）する。さらに、モータＥＣＵ３１は、ステップＳ４の処理により算出された回生トルクを出力するようにモータＭＧ２を制御することによって駆動モータＭＧ２の回生制動動作を行う。これにより、ステップＳ４の処理は完了し、一連の制動制御処理は終了する。
ステップＳ５の処理では、ＨＶＥＣＵ８が、エンジン回転数センサ８２からのエンジン回転数信号に基づいてエンジン２の回転数が０ｒｐｍ超えであるか否かを判別する。判別の結果、エンジン２の回転数が０ｒｐｍ超えである場合（ステップＳ５：Ｙｅｓ）、ＨＶＥＣＵ８は、制動制御処理をステップＳ６及びステップＳ９の処理に進める。一方、エンジン２の回転数が０ｒｐｍ超えでない場合には（ステップＳ５：Ｎｏ）、ＨＶＥＣＵ８は、制動制御処理をステップＳ１２の処理に進める。
ステップＳ６の処理では、ＨＶＥＣＵ８が、モータＥＣＵ３１に対してステップＳ１の処理により算出された必要制動パワーを駆動モータＭＧ２の回生制動動作によって実現するように指示する。これにより、ステップＳ６の処理は完了し、制動制御処理はステップＳ７の処理に進む。
ステップＳ７の処理では、モータＥＣＵ３１が、必要制動パワーを得るために必要な駆動モータＭＧ２の回生トルクを算出する。これにより、ステップＳ７の処理は完了し、制動制御処理はステップＳ８の処理に進む。
ステップＳ８の処理では、モータＥＣＵ３１が、ステップＳ７の処理により算出された回生トルクを出力するように駆動モータＭＧ２を制御することによって駆動モータＭＧ２の回生制動動作を行う。これにより、ステップＳ８の処理は完了し、一連の制動制御処理は終了する。
ステップＳ９の処理では、ＨＶＥＣＵ８が、モータＥＣＵ３１に対してバッテリ６の充電パワーＷｉｎの上限値とステップＳ１の処理により算出された必要制動パワーとの差分値を発電モータＭＧ１の回生動作により発電するように指示する。これにより、ステップＳ９の処理は完了し、制動制御処理はステップＳ１０の処理に進む。
ステップＳ１０の処理では、モータＥＣＵ３１が、バッテリ６の充電パワーＷｉｎの上限値と必要制動パワーとの差分値を発電するために必要な発電モータＭＧ１の回生トルクを算出する。これにより、ステップＳ１０の処理は完了し、制動制御処理はステップＳ１１の処理に進む。
ステップＳ１１の処理では、モータＥＣＵ３１が、ステップＳ１０の処理により算出された回生トルクを出力するように発電モータＭＧ１を制御することによって発電モータＭＧ１を回生駆動する。すなわち、モータＥＣＵ３１は、発電モータＭＧ１を回生駆動することによりエンジン２の運動エネルギーを電気エネルギーに変換してバッテリ６を充電する。これにより、ステップＳ１１の処理は完了し、一連の制動制御処理は終了する。
ステップＳ１２の処理では、ＨＶＥＣＵ８が、モータＥＣＵ３１に対して必要制動パワーを駆動モータＭＧ２の回生制動動作によって実現するように指示する。これにより、ステップＳ１２の処理は完了し、制動制御処理はステップＳ１３の処理に進む。
ステップＳ１３の処理では、モータＥＣＵ３１が、必要制動パワーを出力するために必要な駆動モータＭＧ２の回生トルクを算出する。そして、モータＥＣＵ３１は、算出された回生トルクを出力するように駆動モータＭＧ２を制御することによって駆動モータＭＧ２の回生制動動作を行う。これにより、ステップＳ１３の処理は完了し、一連の制動制御処理は終了する。
以上の説明から明らかなように、本発明の一実施形態である制動制御処理では、ハイブリッド車両１が走行している際にブレーキングして駆動モータＭＧ２で回生する際、ＨＶＥＣＵ８が、回生電力量がバッテリ６の充電パワーＷｉｎの上限値を上回っている場合は、発電モータＭＧ１によるエンジン２のモータリングに活用して回生電力の余剰分をエンジン２の運動エネルギーに変換する。そして、回生電力量がバッテリ６の充電パワーＷｉｎの上限値を下回った場合には、ＥＣＵ８は、発電モータＭＧ１によりエンジン２の運動エネルギーを電気エネルギーに変換してバッテリ６を充電する。これにより、回生電力の余剰分を消費することによってハイブリッド車両１の燃費が悪化することを抑制できる。
より具体的には、従来までは、図３（ａ）〜（ｃ）に示すように、バッテリ６の充電パワーが上限値Ｍａｘを下回ってもエンジン２の運動エネルギーが回収されないので、回生電力の余剰分は無駄に消費されていた。これに対して、本発明の一実施形態である実施形態の制動制御処理では、図４（ａ）〜（ｃ）に示すように、バッテリ６の充電パワーが上限値Ｍａｘを下回った場合には、ＨＶＥＣＵ８が、発電モータＭＧ１によりエンジン２の運動エネルギーを電気エネルギーに変換してバッテリ６を充電するので、回生電力の余剰分を回収することができる。これにより、回生電力の余剰分を消費することによってハイブリッド車両１の燃費が悪化することを抑制できる。
〔変形例１〕
エンジン２の運動エネルギーを電気エネルギーに変換する際、ＨＶＥＣＵ８は、発電機やスターターによるアシスト無しにエンジン出力可能な所定のエンジン回転数Ｎ０まではエンジン２の運動エネルギーを電気エネルギーに変換し、エンジン回転数が所定のエンジン回転数Ｎ０であるときにエンジン２のモータリングを実行することが望ましい。具体的には、図５（ａ）〜（ｄ）に示すように、ＨＶＥＣＵ８は、ブレーキペダルがオンになったタイミング（時間ｔ＝ｔ１）でエンジン２の運動エネルギーを電気エネルギーに変換する処理を開始し、エンジン回転数がエンジン出力可能な所定のエンジン回転数Ｎ０になったタイミング（時間ｔ＝ｔ２）でエンジン２の運動エネルギーを電気エネルギーに変換する処理を停止する。そして、ＨＶＥＣＵ８は、ブレーキペダルがオフになり、且つ、アクセルペダルがオンになったタイミング（時間ｔ＝３）でエンジン２のモータリングを実行する。なお、図中の実線Ｌ１，Ｌ３，Ｌ５，Ｌ７はそれぞれ本制御を行った場合の車速、エンジン回転数、エンジンパワー、及びＡ／Ｆ（空燃比）を示し、図中の破線Ｌ２，Ｌ４，Ｌ６，Ｌ８はそれぞれ本制御を行わなかった場合の車速、エンジン回転数、エンジンパワー、及びＡ／Ｆを示す。
このような処理によれば、実線Ｌ３と破線Ｌ４との比較から明らかなように、発電機やスターターによるアシスト無しにエンジン２を始動できるので、バッテリ６の出力を低減させることができる。また、実線Ｌ５と破線Ｌ６との比較から明らかなように、次回始動時、エンジンパワーを応答性よく使うことができるので、ドライバビリティが向上する。さらに、実線Ｌ７と破線Ｌ８との比較から明らかなように、エンジン始動時に燃料をリッチ側に制御する必要が無くなるので、エミッションを低減させることができる。
〔変形例２〕
エンジン２の暖機判定前は、ＨＶＥＣＵ８は、バッテリ６の充電パワーＷｉｎの超過分を用いてエンジン２のモータリングを実行しないことが望ましい。このような処理によれば、エンジン２の暖機及び排気再循環（Exhaust Gas Recirculation : EGR）の導入を早めて燃費を改善することが望ましい。
〔変形例３〕
ナビゲーション装置等を利用した先読み制御によってバッテリ６の充電パワーＷｉｎの超過が長時間継続する状況（例えば下り坂走行時）が予測される場合、ＨＶＥＣＵ８は、バッテリ６の充電パワーＷｉｎの超過が終了する前の所定のタイミングでエンジン２のモータリングを開始し、回生エネルギーを運動エネルギーに変換することが望ましい。このような処理によれば、エンジン回転数を高めることに伴う振動騒音（ＮＶ）の悪化を最小限に抑えることができる。
〔変形例４〕
変形例３において、バッテリ６の充電パワーＷｉｎの超過が長時間継続する状況が予測される場合であってもバッテリ６の充電容量（ＳＯＣ）が上限値に至った場合には、ＨＶＥＣＵ８は、エンジン２のモータリングを開始し、駆動モータＭ２で回生したエネルギーを発電モータＭ１でエンジン２の運動エネルギーに変換することが望ましい。バッテリ６の充電容量が上限値に至った場合、バッテリ６の充電パワーＷｉｎがゼロになるので、回生エネルギーをブレーキの熱エネルギーに変換する必要があるが、この場合、ブレーキがフェードしてオーバーランが発生する可能性がある。従って、このような処理によれば、駆動モータＭ２で回生したエネルギーを発電モータＭ１で運動エネルギーに逃がすので、オーバーランが発生することを抑制できる。
〔変形例５〕
図６（ａ）〜（ｃ）に示すように、減速時にエンジン停止指令があった場合（時間ｔ＝ｔ５）、ＨＶＥＣＵ８は、バッテリ６の充電パワーＷｉｎの上限値と駆動モータＭ２の回生パワーとの差分値がエンジン停止制御に必要な最大パワーＷｍａｘを上回った後（時間ｔ＝ｔ６以後）にエンジン停止制御を実施することが望ましい。なお、図中の実線Ｌ１０は本制御を行った場合のエンジン回転数及び発電モータＲ１（発電機）の回転数を示し、図中の破線Ｌ１１は本制御を行わなかった場合のエンジン回転数及び発電モータＲ１の回転数を示す。また、図中の領域Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３はそれぞれ、駆動モータＭ２による回生パワー、本制御を行わなかった場合の発電モータＭ１による回生パワー、本制御を行った場合の発電モータＭ１による回生パワーを示している。このような処理によれば、走行エネルギーを最大限バッテリ６に回収し、且つ、エンジン２を素早く停止することにより、エンジン２の停止動作中にエンジン回転数がダンパーの共振周波数帯を素早く通過し、エンジンのトルク変動や振動騒音の発生を抑制できる。
以上、本発明者らによってなされた発明を適用した実施形態について説明したが、本実施形態による本発明の開示の一部をなす記述及び図面により本発明は限定されることはない。すなわち、本実施形態に基づいて当業者等によりなされる他の実施形態、実施例、及び運用技術等は全て本発明の範疇に含まれる。
１ ハイブリッド車両
２ エンジン
３ａ，３ｂ 駆動輪
４ 駆動軸
５ａ，５ｂ インバータ
６ バッテリ
７ 油圧ブレーキ
８ ハイブリッド車両用電子制御ユニット（ＨＶＥＣＵ）
２１ エンジン用電子制御ユニット（エンジンＥＣＵ）
３１ モータ用電子制御ユニット（モータＥＣＵ）
６１ バッテリ用電子制御ユニット（バッテリＥＣＵ）
８１ イグニッションスイッチ
８２ エンジン回転数センサ
８３ アクセルペダルポジションセンサ
８４ ブレーキペダルポジションセンサ
８５ 車速センサ
ＭＧ１ 発電モータ
ＭＧ２ 駆動モータ

Claims (2)

  1. エンジンと、バッテリと、前記エンジンの出力軸に接続された発電モータと、駆動輪に連結された駆動軸に接続された駆動モータと、を備えるハイブリッド車両の制御装置であって、
    前記駆動モータの回生パワーが前記バッテリの充電パワーの上限値を上回っている場合、前記駆動モータの回生パワーと前記バッテリの充電パワーの上限値との差分値を利用して前記発電モータを力行駆動することにより前記エンジンを駆動し、前記駆動モータの回生パワーが前記バッテリの充電パワーの上限値を下回っている場合には、前記発電モータを回生駆動することにより前記エンジンの運動エネルギーを電気エネルギーに変換して前記バッテリを充電する制御手段を備えることを特徴とするハイブリッド車両の制御装置。
  2. 前記制御手段は、減速時に前記エンジンの停止要求があった場合、前記駆動モータの回生パワーと前記バッテリの充電パワーの上限値との差分値が前記エンジンの停止制御に必要な最大パワーを上回った後に前記エンジンの停止制御を実行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両の制御装置。
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