JP2021062795A - 車両の制御装置及び、制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】空気密度が低い環境下においても、車両の駆動力を効果的に確保する。【解決手段】エンジン１０と、前記駆動輪にトルクを伝達可能なモータ９と、コンプレッサ４２、タービン４１及び、電動発電機４４を有する電動過給機５０と、エンジン１０に吸入される空気密度の指標を取得する指標取得部９３、１１０と、取得される空気密度の指標が低下するに従い、エンジン１０の出力トルクを制限するトルク制限制御を実施するトルク制限制御部１３０と、トルク制限制御が実施されると、電動発電機４４を発電機として駆動して回生電力を発電させる発電制御部１４０と、トルク制限制御が実施されると、発電される回生電力を用いてモータ９を駆動させ、駆動輪に補助トルクを伝達する補助トルク制御部１５０とを備えた。【選択図】図３

Description

本開示は、車両の制御装置及び、制御方法に関し、特に、過給機付きエンジンを搭載した車両の制御装置及び、制御方法に関するものである。

一般に、エンジンの過給機は、排気のエネルギを用いて回転するタービンと、タービンと一体回転するコンプレッサとを備えており、コンプレッサにより加圧される吸気を気筒内に供給することにより、エンジンの出力向上が図られるようになっている（例えば、特許文献１等参照）。

特開２００４−２０８４２０号公報

過給機付きエンジンにおいては、例えば、空気密度の低い高地等を車両が走行する際に、エンジンの燃焼に必要な酸素濃度を確保しづらくなることで、エンジンの出力が低地走行時よりも低下してしまう課題がある。また、空気密度の低い高地等では、タービンやコンプレッサの回転抵抗が減少し、これに伴い過給機が過回転状態となる場合もあり、可変翼等で過給機の回転速度を抑制（目標過給圧を低下）しなければならない課題もある。このため、高地等の低気圧環境下においては、エンジンの燃料噴射量に制限を設ける必要があり、エンジンの出力トルク低下に伴い、車両の駆動力も低下するといった課題がある。

本開示の技術は、上記事情に鑑みてなされたものであり、空気密度が低い環境下においても、車両の駆動力を効果的に確保することを目的とする。

本開示の制御装置は、車両の駆動輪にトルクを伝達可能なエンジンと、前記駆動輪にトルクを伝達可能なモータと、前記エンジンの吸気系に設けられたコンプレッサ、前記エンジンの排気系に設けられたタービン及び、前記コンプレッサと前記タービンとを連結する回転軸に設けられた電動発電機を有する電動過給機と、前記エンジンに吸入される空気密度の指標を取得する指標取得手段と、取得される前記空気密度の指標が低下するに従い、前記エンジンの出力トルクを制限するトルク制限制御を実施するトルク制限制御部と、前記トルク制限制御が実施されると、前記電動発電機を発電機として駆動して回生電力を発電させる発電制御部と、前記トルク制限制御が実施されると、発電される前記回生電力を用いて前記モータを駆動させ、前記駆動輪に補助トルクを伝達する補助トルク制御部と、を備えることを特徴とする。

また、前記指標取得手段は、前記空気密度の指標として大気圧を取得し、前記トルク制限制御部は、取得される前記大気圧に基づいて前記トルク制限制御を実施することが好ましい。

また、前記指標取得手段は、前記空気密度の指標として前記車両の高度を取得し、前記トルク制限制御部は、取得される前記高度に基づいて前記トルク制限制御を実施することが好ましい。

本開示の制御方法は、車両の駆動輪にトルクを伝達可能なエンジンと、前記駆動輪にトルクを伝達可能なモータと、前記エンジンの吸気系に設けられたコンプレッサ、前記エンジンの排気系に設けられたタービン及び、前記コンプレッサと前記タービンとを連結する回転軸に設けられた電動発電機を有する電動過給機と、を搭載した車両の制御方法であって、前記エンジンに吸入される空気密度の指標を取得し、取得される前記空気密度の指標が低下するに従い、前記エンジンの出力トルクを制限するトルク制限制御を実施し、前記トルク制限制御を実施すると、前記電動発電機を発電機として駆動して回生電力を発電させると共に、発電される前記回生電力を用いて前記モータを駆動させ、前記駆動輪に補助トルクを伝達することを特徴とする。

本開示の技術によれば、空気密度が低い環境下においても、車両の駆動力を効果的に確保することができる。

本実施形態に係る車両の動力伝達系を示す模式的な全体構成図である。 本実施形態に係る車両に搭載されたエンジンの吸排気系を示す模式的な全体構成図である。 本実施形態に係る制御装置及び、関連する周辺構成を示す模式的な機能ブロック図である。 本実施形態に係る補助トルク付与制御の処理の流れを説明するフローチャートである。

以下、添付図面に基づいて、本実施形態に係る車両の制御装置及び、制御方法を説明する。同一の部品には同一の符号を付してあり、それらの名称および機能も同じである。したがって、それらについての詳細な説明は繰返さない。

［車両］
図１（Ａ）は、本実施形態に係る車両１の動力伝達系の一例を示す模式的な全体構成図である。

図１（Ａ）に示すように、車両１は、駆動力源としてエンジン１０及び、モータジェネレータ９（本開示のモータの一例）を搭載したハイブリッド車両（ＨＥＶ）である。エンジン１０の不図示のクランクシャフトには、クラッチ装置２を介して変速機３が断接可能に接続されている。変速機３の出力軸には、プロペラシャフト４、デファレンシャルギヤ装置５及び、左右の駆動軸６Ｌ，６Ｒを介して左右の駆動輪７Ｌ，７Ｒがそれぞれ接続されている。

すなわち、エンジン１０の出力トルクが、クラッチ装置２から変速機３に伝達されて所望のギヤ比で減速又増速された後、プロペラシャフト４、デファレンシャルギヤ装置５及び、左右の駆動軸６Ｌ，６Ｒを介して左右の駆動輪７Ｌ，７Ｒに駆動力として伝達されるようになっている。なお、車両１は、後輪駆動車に限定されず、前輪駆動車、四輪駆動車、或いは、後二軸駆動車等であってもよい。

モータジェネレータ９は、動力取出機構（ＰＴＯ機構）８を介して変速機３に接続されている。モータジェネレータ９は、インバータ１８を介して車載バッテリ１６に接続されている。モータジェネレータ９は、車両１の制動時には発電機として駆動する。モータジェネレータ９により発電された回生電力は、バッテリ残容量（ＳＯＣ）に応じて車載バッテリ１６に蓄電されたり、或いは、不図示の電装品等に供給されたりする。

また、モータジェネレータ９は、車両１の加速走行時等には、車載バッテリ１６から供給される電力により電動機として力行駆動する。モータジェネレータ９の出力トルクは、ＰＴＯ機構８から変速機３、プロペラシャフト４等を介して駆動輪７Ｌ，７Ｒに駆動力として伝達される。なお、ハイブリッド車両の構成は、図１（Ａ）に示す例に限定されず、図１（Ｂ）に示すような、モータジェネレータ９がクラッチ装置２と自動変速機３との間に設けられた構造、或いは、図示は省略するが、モータジェネレータ９がエンジン１０とクラッチ装置２との間に設けられた構造や、変速機３とプロペラシャフト４との間に設けられた構造、或いは、図１（Ｃ）に示すような、左右一対のモータジェネレータ９Ｌ，９Ｒが駆動軸６Ｌ，６Ｒ（又は、駆動輪７Ｌ，７Ｒ）にそれぞれ設けられた構造等、他の構成のハイブリッド車両であってもよい。

［エンジンの吸排気系］
図２は、本実施形態に係る車両１に搭載されたエンジン１０の吸排気系を示す模式的な全体構成図である。

エンジン１０は、主としてシリンダヘッドＣＨ及び、何れも不図示のシリンダブロックやクランクケース等で構成されたエンジン本体部を有する。シリンダブロックには、複数の気筒Ｃが設けられており、各気筒Ｃには、図示しないピストンが往復移動自在に収容されている。ピストンは、不図示のコネクティングロッドやクランクアーム等を介してクランクシャフト１１に連結されており、ピストンの往復運動が回転運動に変換されてクランクシャフト１１に伝達されるようになっている。

なお、エンジン１０は、図示例の直列多気筒エンジンに限定されず、Ｖ型エンジン或は水平対向型エンジン等であってもよい。また、エンジン１０は、多気筒エンジンに限定されず、単気筒エンジンであってもよい。

クランクシャフト１１には、駆動プーリ１２が設けられている。駆動プーリ１２には、ベルト１３及び、従動プーリ１４を介してオルタネータ１５が接続されている。オルタネータ１５により発電される電力は、ＳＯＣに応じて車載バッテリ１６に蓄電されたり、或いは、不図示の電装品に供給されたりする。車載バッテリ１６の定格電圧は、２４Ｖ又は１２Ｖの何れであってもよい。なお、オルタネータ１５は、車両１の加速時等にエンジン１０のトルクをアシストする走行用モータとして機能させることも可能である。

シリンダヘッドＣＨの吸気側の側部には、不図示の吸気ポートに吸気を分配する吸気マニホールド２０が設けられている。吸気マニホールド２０には、吸気上流側から順に、エアクリーナ２１、上流吸気通路２２、電動過給機４０のコンプレッサ４２、下流吸気通路２３等が接続されている。下流吸気通路２３には、コンプレッサ４２により圧送される吸気を冷却するインタークーラ２４が設けられている。インタークーラ２４は、水冷式又は空冷式の何れであってもよい。

下流吸気通路２３には、吸気スロットルバルブ２５が設けられている。吸気スロットルバルブ２５の開閉作動は、制御装置１００からの指令に応じて制御される。

シリンダヘッドＣＨの排気側の側部には、各気筒Ｃから排気ポートを介いて排出される排気を集合させる排気マニホールド３０が設けられている。排気マニホールド３０には、排気上流側から順に、上流排気通路３１、電動過給機４０のタービン４１、接続排気通路３２、後処理装置３３、下流排気通路３４等が接続されている。下流排気通路３４には、何れも不図示の消音器やテールパイプ等が設けられている。なお、過給機４０のタービンハウジングを排気マニホールド３０に直接接続する場合には、上流排気通路３１を省略してもよい。

電動過給機４０は、排気により駆動するタービン４１と、タービン４１にターボ軸４３で一体回転可能に連結されたコンプレッサ４２と、ターボ軸４３に設けられた電動発電機４４とを備えている。電動発電機４４は、車載バッテリ１６から供給される電力により電動機として駆動し、コンプレッサ４２を回転させることに吸気を圧送する。また、電動発電機４４は、排気によりタービン４１が回転することにより発電機として駆動する。電動発電機４４により発電される回生電力は、ＳＯＣに応じて車載バッテリ１６に蓄電されたり、不図示の電装品等に供給されたりする。なお、電動過給機４０は、図示例のコンベンショナルタイプに限定されず、可変翼を備える可変容量型タイプであってもよい。

車両１には、各種センサ類が設けられている。エンジン回転数センサ９０は、クランクシャフト１１からエンジン回転数Ｎｅを検出する。アクセル開度センサ９１は、不図示のアクセルペダルの踏み込み量に応じたアクセル開度Ａｃ（要求トルク）を検出する。車速センサ９２は、プロペラシャフト４（図１に示す）から、車両１の車速Ｖを検出する。大気圧センサ９３（指標取得手段の一例）は、大気圧Ｐを検出する。ブレーキセンサ９４は、不図示のブレーキペダルの踏み込みから不図示のフットブレーキ装置のＯＮ／ＯＦＦを検出する。これら各センサ９０〜９４のセンサ値は、電気的に接続された制御装置１００に送信される。

［制御装置］
図３は、本実施形態に係る制御装置１００及び、関連する周辺構成を示す模式的な機能ブロック図である。

制御装置１００は、例えば、コンピュータ等の演算を行う装置であり、互いにバス等で接続されたＣＰＵ（Central Processing Unit）やＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、入力ポート、出力ポート等を備え、プログラムを実行する。

また、制御装置１００は、プログラムの実行により、指標取得部１１０と、燃料噴射制御部１２０と、トルク制限制御部１３０と、電動過給機制御部１４０と、モータジェネレータ制御部１５０とを備える装置として機能する。これら各機能要素は、本実施形態では一体のハードウェアである制御装置１００に含まれるものとして説明するが、これらのいずれか一部を別体のハードウェアに設けることもできる。

指標取得部１１０（指標取得手段の一例）は、エンジン１０の気筒Ｃに吸入される空気密度の指標を取得する。具体的には、指標取得部１１０は、エンジン１０に吸入される空気密度の指標として、大気圧センサ９３から送信される大気圧Ｐを取得する。指標取得部１１０により取得される大気圧Ｐは、燃料噴射制御部１２０に送信される。

なお、空気密度の指標としては、車両１の現在位置から高度を取得してもよい。車両１の高度は、例えば、車両１に搭載される不図示のカーナビゲーションシステムの地図情報や、車両１に搭載される不図示のＧＰＳ（Global Positioning System）受信機により検知される現在位置情報等に基づいて取得すればよい。

燃料噴射制御部１２０は、エンジン回転数センサ９０やアクセル開度センサ９１により取得されるエンジン１０の運転状態に基づいて、エンジン１０（不図示のインジェクタ）の燃料噴射量や噴射タイミング等を制御する燃焼制御を実施する。

トルク制限制御部１３０は、指標取得部１１０から送信される空気密度の指標としての大気圧Ｐが所定の閾値以下に低下すると、上述の燃料噴射制御部１２０によるエンジン１０の出力トルクを制限するトルク制限制御を実施する。具体的には、トルク制限制御部１３０は、指標取得部１１０から送信される大気圧Ｐが所定の閾値以下に低下すると、該大気圧Ｐが低くなるに従い、言い換えれば、車両１の高度が高くなるに従い、エンジン１０の目標過給圧を低下させ、燃料噴射量を制限（噴射量上限値を低く設定）する。このように、エンジン１０の空気密度が低下する低気圧環境下において、燃料噴射量を制限するトルク制限制御を実施することにより、筒内空燃比が過剰なリッチ状態となることを効果的に抑止することが可能になる。

電動過給機制御部１４０（発電制御部）は、エンジン回転数センサ９０やアクセル開度センサ９１により取得されるエンジン１０の運転状態に基づいて、電動過給機４０の駆動を制御する。本実施形態において、電動過給機制御部１４０は、大気圧Ｐが所定の閾値以下に低下し、これに伴い、トルク制限制御部１３０によりトルク制限制御が実施されると、電動過給機４０の電動発電機４４を排気エネルギにより発電機として駆動させ、電動発電機４４に回生電力を発電させる。電動発電機４４により発電される回生電力は、ＳＯＣに応じてモータジェネレータ９に供給されたり、或いは、車載バッテリ１６に蓄電されたりする。このように、大気圧Ｐが閾値以下となる高地等において、背圧の低下によりエンジン１０の高負荷運転領域でタービン４１が過回転となる状態を利用し、電動発電機４４を発電駆動させることにより、発電しながら回転を効果的に抑制することが可能になる。また、得られる回生電力でモータジェネレータ９を効率的に力行駆動させることも可能になる。

モータジェネレータ制御部１５０（補助トルク制御部）は、アクセル開度センサ９１から送信されるアクセル開度Ａｃ、車速センサ９２から送信される車速Ｖ、ブレーキセンサ９４から送信されるＯＮ／ＯＦＦ信号等に基づいて、モータジェネレータ９の駆動を制御する。

具体的には、モータジェネレータ制御部１５０は、例えば、車両１が加速走行する際には、アクセル開度Ａｃや車速Ｖ等に応じた力行トルクを発生させ、エンジン１０の出力トルクをアシストするように、モータジェネレータ９の駆動を制御する。また、モータジェネレータ制御部１５０は、例えば、車両１が減速走行する際には、車速Ｖ等に応じた回生トルクを発生させるようにモータジェネレータ９の駆動を制御する。

さらに、モータジェネレータ制御部１５０は、トルク制限制御部１３０によりエンジン１０のトルク制限制御が実施されると、アクセル開度センサ９１から送信されるアクセル開度Ａｃ（要求トルク）に対して、エンジン１０の出力トルクでは不足する分を、モータジェネレータ９の力行トルクによってアシストするように、モータジェネレータ９の駆動を制御する。

このように、エンジン１０の空気密度が低下する低気圧環境下等、車両１が高地を走行する際に、電動過給機４０の電動発電機４４を発電駆動させると共に、得られる回生電力でモータジェネレータ９を力行駆動させ、エンジン１０の出力トルクをモータジェネレータ９によりアシストすることで、車載バッテリ１６の電力消費を抑えつつ、車両１の駆動力を効果的に確保することが可能になる。

次に、図４に基づいて、本実施形態に係る補助トルク付与制御の処理の流れを説明する。

ステップＳ１００では、車両１が走行中か否かを判定する。車両１が走行中か否かは、車速センサ９２により取得される車速Ｖに基づいて判定すればよい。車速Ｖが０（ゼロ）よりも大きければ（Ｙｅｓ）、車両１を走行中と判定し、本制御はステップＳ１１０の処理に進む。一方、車速Ｖが０（ゼロ）であれば（Ｎｏ）、車両１を停車中と判定し、本制御はステップＳ１００の判定処理を繰り返す。

ステップＳ１１０では、エンジン１０の空気密度の指標としての大気圧Ｐが所定の閾値以下にあるか否かを判定する。大気圧Ｐが所定の閾値以下の場合（Ｙｅｓ）、本制御はステップＳ１２０の処理に進む。一方、大気圧Ｐが所定の閾値を超えている場合（Ｎｏ）、本制御はリターンされる。

ステップＳ１２０では、気圧Ｐが低くなるほど、言い換えれば、車両１の高度が高くなるほど、エンジン１０の目標過給圧を低下させて、エンジン１０の燃料噴射量を制限するトルク制限制御を実行する。

次いで、ステップＳ１３０では、電動過給機４０の電動発電機４４を排気エネルギにより発電機として駆動し、電動発電機４４によって回生電力を発電する。

次いで、ステップＳ１４０では、アクセル開度Ａｃ（要求トルク）に対して、エンジン１０の出力トルクが不足する分を、モータジェネレータ９によりアシストする補助トルク付与制御を実行する。この際、モータジェネレータ９を駆動させる電力は、ステップＳ１３０で得られる回生電力を用いてもよく、或いは、ＳＯＣに応じて車載バッテリ１６に蓄電されている電力を用いてもよい。

なお、ステップＳ１２０〜Ｓ１４０の各処理は、順不同であり、これら各処理を同時に開始してもよい。

次いで、ステップＳ１５０では、エンジン１０の空気密度の指標としての大気圧Ｐが所定の閾値よりも上昇したか否かを判定する。大気圧Ｐが依然として所定の閾値以下の場合（Ｎｏ）、本制御はステップＳ１２０の処理に戻される。一方、大気圧Ｐが所定の閾値よりも上昇した場合（Ｙｅｓ）、本制御はステップＳ１６０の処理に進む。

ステップＳ１６０では、トルク制限制御を解除し、エンジン１０、電動過給機５０及び、モータジェネレータ９の駆動を通常制御に切り替えて、その後、本制御はリターンされる。

以上詳述した本実施形態によると、エンジン１０の空気密度が低下する低気圧環境下等、車両１が高地等を走行する際に、エンジン１０の燃料噴射量を制限するトルク制限制御が実施されると、電動過給機４０を排気エネルギにより発電駆動させる。さらに、電動発電機４４により得られる回生電力はモータジェネレータ９に供給され、エンジン１０の出力トルクが不足する分をモータジェネレータ９によりアシストする補助トルク付与制御を実施するように構成されている。

これにより、車両１が高地等を走行する際に、背圧の低下によりエンジン１０の高負荷運転領域でタービン４１が過回転となる状態を利用し、電動発電機４４を発電駆動させることにより、発電しながら回転を効果的に抑制することが可能になる。高地等でエンジン１０のトルク制限制御が実施されても、電動過給機４０の発電駆動により車載バッテリ１６の電力消費を効果的に抑えつつ、モータジェネレータ９により車両１の駆動力を効果的に確保することが可能になる。また、車両１が高地を走行する場合においても、低地走行時と同等の駆動力が確保されることで、車両１の加速性を効果的に維持できるようになり、ドライバーフィーリングの向上を図ることも可能になる。

［その他］
なお、本開示は、上述の実施形態に限定されるものではなく、本開示の趣旨を逸脱しない範囲で、適宜に変形して実施することが可能である。

例えば、車両１に搭載されたエンジン１０は、電動過給機４０を一段のみ備えるものを例示したが、エンジン１０は、多段過給システムであってもよい。

１ 車両
９ モータジェネレータ（モータ）
１０ エンジン
２０ 吸気マニホールド
２１ エアクリーナ
２２ 上流吸気通路
２３ 下流吸気通路
３０ 排気マニホールド
３１ 上流排気通路
３２ 接続排気通路
４０ 電動過給機
４１ タービン
４２ コンプレッサ
４４ 電動発電機
９０ エンジン回転数センサ
９１ アクセル開度
９２ 車速セン
９３ 大気圧センサ（指標取得手段）
９４ ブレーキセンサ
１００ 制御装置
１１０ 指標取得部（指標取得手段）
１２０ 燃料噴射制御部
１３０ トルク制限制御部
１４０ 電動過給機制御部（発電制御部）
１５０ モータジェネレータ制御部（補助トルク制御部）

Claims (4)

1. 車両の駆動輪にトルクを伝達可能なエンジンと、
   前記駆動輪にトルクを伝達可能なモータと、
   前記エンジンの吸気系に設けられたコンプレッサ、前記エンジンの排気系に設けられたタービン及び、前記コンプレッサと前記タービンとを連結する回転軸に設けられた電動発電機を有する電動過給機と、
   前記エンジンに吸入される空気密度の指標を取得する指標取得手段と、
   取得される前記空気密度の指標が低下するに従い、前記エンジンの出力トルクを制限するトルク制限制御を実施するトルク制限制御部と、
   前記トルク制限制御が実施されると、前記電動発電機を発電機として駆動して回生電力を発電させる発電制御部と、
   前記トルク制限制御が実施されると、発電される前記回生電力を用いて前記モータを駆動させ、前記駆動輪に補助トルクを伝達する補助トルク制御部と、を備える
   ことを特徴とする車両の制御装置。
2. 前記指標取得手段は、前記空気密度の指標として大気圧を取得し、
   前記トルク制限制御部は、取得される前記大気圧に基づいて前記トルク制限制御を実施する
   請求項１に記載の車両の制御装置。
3. 前記指標取得手段は、前記空気密度の指標として前記車両の高度を取得し、
   前記トルク制限制御部は、取得される前記高度に基づいて前記トルク制限制御を実施する
   請求項１に記載の車両の制御装置。
4. 車両の駆動輪にトルクを伝達可能なエンジンと、前記駆動輪にトルクを伝達可能なモータと、前記エンジンの吸気系に設けられたコンプレッサ、前記エンジンの排気系に設けられたタービン及び、前記コンプレッサと前記タービンとを連結する回転軸に設けられた電動発電機を有する電動過給機と、を搭載した車両の制御方法であって、
   前記エンジンに吸入される空気密度の指標を取得し、取得される前記空気密度の指標が低下するに従い、前記エンジンの出力トルクを制限するトルク制限制御を実施し、前記トルク制限制御を実施すると、前記電動発電機を発電機として駆動して回生電力を発電させると共に、発電される前記回生電力を用いて前記モータを駆動させ、前記駆動輪に補助トルクを伝達する
   ことを特徴とする車両の制御方法。

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