JP2020192961A - 車両制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】アイドリング時に逆起電圧を生じさせず電力消費を抑制できる車両制御装置を提供する。【解決手段】エンジン２とモータ４より駆動可能としクラッチ３を介してエンジン２とモータ４を接続する車両に搭載され、モータ４を作動させるインバータ６を制御する車両制御装置において、車両がアイドリング中であるか否かを判定するアイドリング判定部８１と、モータの回転数が予め設定される回転数以下であるか否かを判定する回転数判定部８２と、アイドリング判定部８１により車両がアイドリング中であると判定され、かつ、回転数判定部８２によりモータ４の回転数が予め設定される回転数以下である判定された場合、インバータ６への制御信号の出力を停止する作動制御部８３とを備えている。【選択図】図１

Description

本発明は、ハイブリッド車両に搭載される車両制御装置に関する。

従来、車両制御装置として、例えば、特開２０００−２１３７７０号公報に記載されるように、エンジンとモータにより走行駆動可能なハイブリッド車両に搭載され、モータを駆動させるインバータを制御する制御装置が知られている。この制御装置は、アクセルペダルが開放操作された際に開放速度に応じて回生トルクの強さを調整することで、運転者の要求する減速トルクを得ようとするものである。

特開２０００−２１３７７０号公報

ところで、この車両制御装置において、車両停車時にクラッチを接続したままでエンジンをアイドリングする場合、永久磁石を用いたモータが発電機として作動してインバータに逆起電圧が加わる。このため、モータに駆動トルク（正のトルク）も制動トルク（負のトルク）も発生させないゼロトルクとする制御を行なうことが考えられる。

しかしながら、このゼロトルクとする制御を行うためには、インバータ及びモータの作動のためにバッテリの電力を消費してしまう。

そこで、本発明は、アイドリング時などに逆起電圧を生じさせず電力消費を抑制できる車両制御装置を提供することを目的とする。

すなわち、本発明に係る車両制御装置は、エンジンとモータより駆動可能としクラッチを介してエンジンとモータを接続する車両に搭載され、モータを作動させるインバータを制御する車両制御装置において、車両がアイドリング中であるか否かを判定するアイドリング判定部と、モータの回転数が予め設定される回転数以下であるか否かを判定する回転数判定部と、アイドリング判定部により車両がアイドリング中であると判定され、かつ、回転数判定部によりモータの回転数が予め設定される回転数以下である判定された場合、インバータへの制御信号の出力を停止する作動制御部とを備えて構成されている。この車両制御装置によれば、車両がアイドリング中であってモータの回転数が低い場合にインバータへの制御信号の出力を停止する。これにより、インバータ及びモータを作動させるための電力消費を抑制することができる。

また、本発明に係る車両制御装置において、作動制御部は、アイドリング判定部により車両がアイドリング中であると判定され、かつ、回転数判定部によりモータの回転数が予め設定される回転数以下でないと判定された場合、インバータへの制御信号の出力を行ってもよい。この場合、車両がアイドリング中でありモータの回転数が予め設定される回転数以下でない場合にインバータへの制御信号の出力を行うことにより、逆起電圧を抑制するようにインバータを作動させることが可能となる。このため、インバータの破損を抑制することができる。

また、本発明に係る車両制御装置において、アイドリング判定部は、少なくとも変速機のギア状態がニュートラルである場合に、車両がアイドリング中であると判定してもよい。

本発明によれば、車両のアイドリング時などに逆起電圧を生じさせず電力消費を抑制することができる。

本発明の実施形態に係る車両制御装置の構成概要を示すブロック図である。 図１の車両制御装置におけるバッテリ、インバータ及びモータの電気的構成を示す回路図である。 図１の車両制御装置の動作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、図面を参照して詳細に説明する。なお、各図において同一又は相当部分には同一符号を付し、重複する説明を省略する。

図１は、本実施形態に係る車両制御装置１の構成概要を示すブロック図である。図１に示すように、車両制御装置１は、エンジン２とモータ４より駆動可能としクラッチ３を介してエンジン２とモータ４を接続した車両に搭載され、モータ４を作動させるインバータ６を制御する装置である。車両は、例えばパラレル式のハイブリッド車両であり、バス、トラックなどの大型車両である。エンジン２の出力軸にはクラッチ３の入力軸が連結されている。クラッチ３の出力軸にはモータ４の回転軸が連結されている。モータ４の回転軸は、変速機５の入力軸が連結されている。変速機５の出力軸は、プロペラシャフト１１が連結されている。プロペラシャフト１１には、差動機構１２及び駆動軸１３を介して左右の駆動輪１４が連結されている。

エンジン２は、ガソリンエンジン及びディーゼルエンジンなどの内燃機関である。クラッチ３は、エンジン２とモータ４の機械的な接続及び接続切離しを行う。モータ４は、電動機及び発電機として機能し、例えばモータジェネレータが用いられる。モータ４は、インバータ６の制御信号を受けて作動する。インバータ６は、バッテリ７と電気的に接続され、バッテリ７の電力を用いてモータ４を作動させる。バッテリ７は、直流電圧を出力する充電可能な蓄電器である。インバータ６は、モータ４を駆動動力源として機能させる場合、バッテリ７の直流電力を交流電力に変換してモータ４に供給する。インバータ６の詳細については、後述する。変速機５は、エンジン２及びモータ４の動力をトルク、回転数及び回転方向を変えて駆動輪１４側へ伝達する機構であり、例えばオートマチックトランスミッションが用いられる。変速機５は、ニュートラルのギア段を有し、入力軸に入力される動力を出力側へ伝達させないようにすることができる。変速機５は、シフトレバー、シフトスイッチ又はシフトダイヤルなどのシフト操作部の操作に応じて作動する。

車両制御装置１には、ＥＣＵ（Electronic Control Unit）８を備えている。ＥＣＵ８は、車両制御装置１を制御する電子制御ユニットであり、ＣＰＵ[Central Processing Unit]、ＲＯＭ[Read Only Memory]、ＲＡＭ[Random Access Memory]を含むコンピュータを主体として構成されている。ＥＣＵ８は、エンジン２、クラッチ３、モータ４、変速機５及びインバータ６と電気的に接続されている。例えば、ＥＣＵ８と、エンジン２、クラッチ３、モータ４、変速機５及びインバータ６とは、ＣＡＮ（Controller Area Network）通信によりデータの入出力を行ってもよい。

ＥＣＵ８は、車両のアイドリング状態及びモータ４の回転数に基づいてインバータ６の作動を制御する。また、ＥＣＵ８は、車両の運転者の運転操作や車両の走行状態などに応じて、エンジン２、クラッチ３、変速機５及びインバータ６に制御信号を出力し、駆動制御及び回生制御を行ってもよい。この駆動制御及び回生制御は、公知の制御を用いることができる。例えば、モータ４の駆動力のみで車両走行を行う場合、ＥＣＵ８は、クラッチ３の接続を解除し、インバータ６に制御信号を出力する。これにより、モータ４を駆動させて車両走行を行わせる。また、モータ４及びエンジン２の駆動力で車両走行を行う場合、ＥＣＵ８は、クラッチ３を接続させ、インバータ６及びエンジン２に制御信号を出力する。これにより、モータ４及びエンジン２を駆動させて車両走行を行わせる。また、下り坂の走行時などの回生制御する場合、ＥＣＵ８は、クラッチ３の接続を解除し、モータ４を発電機として機能させインバータ６を介してバッテリ７を充電する。

ＥＣＵ８は、エンジン２の回転数、クラッチ３の接続の状態、モータ４の回転数、変速機５のギア状態（ギアポジション（ギア段）の状態）などデータを入力する。また、ＥＣＵ８は、図示しない複数のセンサと接続されている。例えば、ＥＣＵ８は、アクセルポジションセンサなどのアクセル操作センサ、ブレーキ操作センサ、シフトレバーポジションセンサなどと接続され、車両の運転操作のデータを随時入力し、それらを記録してアクセル操作の状態、ブレーキ操作の状態、シフトレバーの位置を認識する。

ＥＣＵ８には、アイドリング判定部８１が設けられている。アイドリング判定部８１は、車両がアイドリング状態であるか否かを判定する。例えば、アイドリング判定部８１は、車両の制御状態が走行モードとなっていない場合に、変速機５のギアポジションに基づいて、車両がアイドリング状態であるか否かを判定する。具体的には、アイドリング判定部８１は、シフトレバーのポジションがニュートラルとなっている場合、車両がアイドリング状態であると判定する。一方、アイドリング判定部８１は、シフトレバーのポジションがニュートラルとなっていない場合、車両がアイドリング状態でないと判定する。走行モードは、エンジン２及びモータ４を駆動させて車両の走行を行うモードであり、例えばＨＶモードと称される。走行モードにおいて、アクセル操作が行われると、その操作状態に応じてエンジン２及びモータ４が駆動し、車両走行が行われる。

また、アイドリング判定部８１におけるアイドリング状態であるか否かの判定は、以下のように行われてもよい。すなわち、アイドリング判定部８１は、走行モードがオフの制御状態である場合において、シフトレバーのポジションがニュートラルとなっており、変速機５のギア状態がニュートラルになっており、かつ、クラッチ３が接続状態となっている場合、車両がアイドリング状態であると判定してもよい。一方、アイドリング判定部８１は、走行モードがオフの制御状態である場合において、シフトレバーのポジションがニュートラルとなっておらず、変速機５のギア状態がニュートラルになっておらず、または、クラッチ３が接続状態となっていない場合、車両がアイドリング状態でないと判定してもよい。また、アイドリング判定部８１におけるアイドリング状態であるか否かの判定条件として、他の条件を追加してもよい。ここで、車両のアイドリング状態は、無負荷状態でエンジン２及びモータ４が稼働している状態を意味する。

ＥＣＵ８には、回転数判定部８２が設けられている。回転数判定部８２は、モータ４の回転数が予め設定される回転数以下であるか否かを判定する。予め設定される回転数は、車両がアイドリング状態であることを判定するための回転数であり、アイドリング状態における回転数より大きい回転数としてＥＣＵ８に設定される。例えば、通常のアイドリング状態の回転数が７００ｒｐｍである場合、予め設定される回転数は１３００ｒｐｍに設定される。また、この予め設定される回転数は、モータ４の逆起電圧が問題とならない範囲の回転数であれば、１３００ｒｐｍに限られるものではない。つまり、予め設定される回転数は、アイドリング状態の回転数より大きい回転数であって、モータ４の逆起電圧が問題となる回転数より小さい回転数に設定すればよい。具体的には、予め設定される回転数は、９００〜２０００ｒｐｍのいずれかの回転数に設定してもよい。

ＥＣＵ８には、作動制御部８３が設けられている。作動制御部８３は、インバータ６の作動を制御する。すなわち、作動制御部８３は、車両がアイドリング中であり、かつ、モータ４の回転数が予め設定される回転数以下である場合、インバータ６への制御信号の出力を停止する。一方、作動制御部８３は、車両がアイドリング中であっても、モータ４の回転数が予め設定される回転数以下でない場合、インバータ６へ制御信号を出力し、インバータ６を作動させる。

アイドリング判定部８１、回転数判定部８２及び作動制御部８３は、例えば、それぞれの機能を果たすプログラムをＥＣＵ８に導入することにより構成される。また、アイドリング判定部８１、回転数判定部８２及び作動制御部８３は、物理的に個別の制御ユニットとしてＥＣＵ８に設けられていてもよい。また、ＥＣＵ８は、インバータ６の作動制御、車両の走行制御など個別の制御ごとに複数の電子制御ユニットとして構成されていてもよい。さらに、ＥＣＵ８とは別に、車両の走行制御などインバータ６の作動制御以外の制御を行う電子制御ユニットを設けてもよい。

図２は、バッテリ７、インバータ６及びモータ４の電気的構成を示す回路図である。図２に示すように、モータ４として、例えば永久磁石式三相交流タイプのモータジェネレータが用いられる。モータ４は、インバータ６からの電力供給により回転駆動する。また、モータ４は、ロータが回転することにより発電し、インバータ６を介してバッテリ７に電力を供給する。

インバータ６は、複数のスイッチング素子６１を有するブリッジ回路により構成されている。例えば、インバータ６は、二つのスイッチング素子６１を直列に接続し、その直接に接続したものを並列に三つ設けて構成されている。このインバータ６は、六つのスイッチング素子６１をオンオフ制御することで三相交流電力を生成する。直列に接続したスイッチング素子６１の間は、モータ４の各相のコイルに接続されている。スイッチング素子６１としては、例えばトランジスタが用いられ、具体的には絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolor Transistor））が用いられる。スイッチング素子６１のエミッタ端子とコレクタ端子の間には、還流のためのダイオード６２が接続されている。ダイオード６２は、スイッチング素子６１のエミッタ端子からコレクタ端子に向けて順方向となるように接続される。

インバータ６は、スイッチング素子６１のゲート端子に制御信号が入力されることにより、スイッチング素子６１のオンオフが切り替えられて、作動する。インバータ６は、スイッチング素子６１のゲート端子に制御信号が入力されない場合、スイッチング素子６１がオフ状態となる。このため、スイッチング素子６１を通じて電流が流れないため、バッテリ７の電力消費を抑制することができる。

次に、本実施形態に係る車両制御装置１の動作について説明する。

図３は、車両制御装置１の動作を示すフローチャートである。図３の各制御処理は、例えばＥＣＵ８により実行される。

まず、図３のステップＳ１０（以下、単に「Ｓ１０」という。以下のステップについても同様とする。）に示すように、車両の制御状態が走行モードとなっているか否かが判定される。走行モードとは、例えばエンジン２及びモータ４の駆動により車両走行を行う制御状態であり、例えばＨＶモードと称される。Ｓ１０において、車両の制御状態が走行モードとなっていると判定された場合、Ｓ２０に制御処理が移行する。この場合、運転者の運転操作に応じた車両走行が行われる。

Ｓ１０において、車両の制御状態が走行モードとなっていないと判定された場合、車両がアイドリング中であるか否かが判定される（Ｓ１２）。例えば、アイドリング判定部８１は、変速機５のギアポジションに基づいて、車両がアイドリング状態であるか否かを判定する。具体的には、アイドリング判定部８１は、シフトレバーのポジションがニュートラルとなっている場合、車両がアイドリング状態であると判定する。一方、アイドリング判定部８１は、シフトレバーのポジションがニュートラルとなっていない場合、車両がアイドリング状態でないと判定する。

また、アイドリング判定部８１は、シフトレバーのポジションがニュートラルとなっており、変速機５のギア段がニュートラルになっており、かつ、クラッチ３が接続状態となっている場合、車両がアイドリング状態であると判定してもよい。一方、アイドリング判定部８１は、シフトレバーのポジションがニュートラルとなっておらず、変速機５のギア段がニュートラルになっておらず、または、クラッチ３が接続状態となっていない場合、車両がアイドリング状態でないと判定してもよい。

そして、Ｓ１４に制御処理が移行し、モータ４の回転数が予め設定される回転数以下であるか否かが判定される。すなわち、回転数判定部８２は、モータ４の回転数が予め設定される回転数以下であるか否かを判定する。

Ｓ１４においてモータ４の回転数が予め設定される回転数以下でないと判定された場合には、インバータ作動制御処理が行われる（Ｓ１６）。インバータ作動制御処理は、インバータ６に対し制御信号を出力してインバータ６を作動させる処理である。例えば、作動制御部８３は、インバータ６に対し制御信号を出力し、モータ４の出力トルクをゼロとするゼロトルク制御を実行する。このゼロトルク制御により、モータ４の逆起電圧によるインバータ６の破損が抑制される。

詳述すると、モータ４の回転によりモータ４に逆起電圧が生ずる。モータ４の回転数が大きくなるとこの逆起電圧も大きくなり、インバータ６の構成部品の耐電圧を超えるおそれがある。このため、インバータ６に対し制御信号を出力してインバータ６を作動させ、モータ４の回転状態を調整してモータ４のトルクをゼロとするようにゼロトルク制御が行われる。これにより、逆起電圧からインバータ６の保護することができる。しかしながら、インバータ６を作動させることにより、バッテリ７の電力を消費する。このため、長時間にわたるインバータ６の作動を回避することが望まれる。

一方、Ｓ１４においてモータ４の回転数が予め設定される回転数以下であると判定された場合には、インバータ６への制御信号の出力が停止される（Ｓ１８）。すなわち、作動制御部８３は、車両がアイドリング状態であってモータ４の回転数が低い場合には、インバータ６への制御信号の出力を停止し、スイッチング素子６１をオフ状態とする。これにより、スイッチング素子６１に電流が流れなくなり、バッテリ７の電力の消費が抑制される。特に長時間にわたり車両がアイドリング状態とされる場合、バッテリ７の消耗抑制に効果的である。

そして、制御処理がＳ２０に移行し、制御終了条件が成立したか否かが判定される。制御終了条件が成立した場合とは、例えば車両の電源がオフされた場合などである。Ｓ２０において、制御終了条件が成立していないと判定された場合、制御処理はＳ１０に戻り、Ｓ１０〜２０の処理が適宜実行される。このとき、前回の制御処理において、Ｓ１４においてモータ４の回転数が予め設定される回転数以下であると判定され、Ｓ１８においてインバータ６への制御信号を出力が停止されていた場合であっても、運転者のアクセル操作などによりモータ４の回転数が予め設定された回転数以下でなくなったときには、Ｓ１６のインバータ作動制御処理が実行される。つまり、スイッチング素子６１の遮断を解除し、ゼロトルク制御を実行することにより逆起電圧からインバータ６を適切に保護することができる。

一方、Ｓ２０において、制御終了条件が成立していると判定された場合、図３の一連の制御処理を終了する。

以上のように、本実施形態に係る車両制御装置１によれば、車両がアイドリング中でありモータ４の回転数が低い場合にインバータ６への制御信号の出力を停止することにより、インバータ６及びモータ４を作動させるための電力消費を抑制することができる。

また、本実施形態に係る車両制御装置１において、車両がアイドリング中であってもモータ４の回転数が高い場合にインバータ６への制御信号の出力を行うことにより、逆起電圧を抑制するようにインバータを作動させることが可能となる。このため、インバータ６の破損を抑制することができる。例えば、アクセル操作などによりモータ４の回転数が上昇した場合、インバータ６の作動を復帰させてモータ４のゼロトルク制御を行うことにより、モータ４の逆起電圧に対してインバータ６を保護することができる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、上述した実施形態は本発明に係る車両制御装置の一実施形態を説明したものであり、本発明に係る車両制御装置は上記実施形態に記載されたものに限定されない。本発明に係る車両制御装置は、各請求項に記載した要旨を変更しない範囲で上記実施形態に係る車両制御装置を変形し、又は他のものに適用したものなどであってもよい。

１…車両制御装置、２…エンジン、３…クラッチ、４…モータ、５…変速機、６…インバータ、７…バッテリ、８…ＥＣＵ、６１…スイッチング素子、６２…ダイオード、８１…アイドリング判定部、８２…回転数判定部、８３…作動制御部。

Claims (3)

1. エンジンとモータより駆動可能としクラッチを介して前記エンジンと前記モータを接続する車両に搭載され、前記モータを作動させるインバータを制御する車両制御装置において、
   前記車両がアイドリング中であるか否かを判定するアイドリング判定部と、
   前記モータの回転数が予め設定される回転数以下であるか否かを判定する回転数判定部と、
   前記アイドリング判定部により車両がアイドリング中であると判定され、かつ、回転数判定部により前記モータの回転数が予め設定される回転数以下である判定された場合、前記インバータへの制御信号の出力を停止する作動制御部と、
   を備えた車両制御装置。
2. 前記作動制御部は、前記アイドリング判定部により車両がアイドリング中であると判定され、かつ、前記回転数判定部により前記モータの回転数が予め設定される回転数以下でないと判定された場合、前記インバータへの制御信号の出力を行う、
   請求項１に記載の車両制御装置。
3. 前記アイドリング判定部は、少なくとも変速機のギア状態がニュートラルである場合に、前記車両がアイドリング中であると判定する、
   請求項１又は２に記載の車両制御装置。

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