JP2021105382A

JP2021105382A - ハイブリッドシステムの制御装置

Info

Publication number: JP2021105382A
Application number: JP2019237537A
Authority: JP
Inventors: 稜治山本; Ryoji Yamamoto
Original assignee: Daihatsu Motor Co Ltd
Current assignee: Daihatsu Motor Co Ltd
Priority date: 2019-12-26
Filing date: 2019-12-26
Publication date: 2021-07-26
Anticipated expiration: 2039-12-26
Also published as: JP7418912B2

Abstract

【課題】システム効率の向上を図ることができる、ハイブリッドシステムの制御装置を提供する。【解決手段】ＥＣＵ６のマイコン５１に内蔵されている不揮発性メモリには、エンジン回転数とエンジントルクとの関係を示す目標動作線が記憶されている。目標動作線は、互いに異なる複数のシステム電圧ごとに作成されている。そして、システム電圧に応じた目標動作線が選択されて、その選択された目標動作線に従って目標エンジン回転数および目標エンジントルクが設定され、目標エンジン回転数および目標エンジントルクが得られるようにエンジン１１の駆動が制御される。【選択図】図１

Description

本発明は、車両に搭載されるハイブリッドシステムの制御装置に関する。

従来、エンジンおよび走行のための駆動源である駆動モータを備えるハイブリッドシステムが知られている。たとえば、シリーズ方式のハイブリッドシステムでは、エンジンの動力が発電モータで電力に変換され、その電力およびバッテリの出力で駆動モータが駆動されて、その駆動モータの動力が駆動輪に伝達される。

エンジンは、最良の熱効率が達成されるエンジン回転数とエンジントルクとの関係を有している。この関係に従って、発電モータに要求される発電電力に応じたエンジントルクおよびエンジン回転数が設定され、その設定したエンジントルクおよびエンジン回転数が得られるようにエンジンが駆動されることにより、エンジンを最良の熱効率で動作させることができる。

特開２００６−３４７２８３号公報特開２０１５−１２８９３３号公報

しかし、エンジンが発生する動力は、発電モータおよびインバータにより直流電力に変換されて、バッテリの充電に使用されたり、駆動モータの駆動に使われたりする。そのため、ハイブリッドシステムのシステム効率は、エンジンの熱効率、発電モータの効率およびインバータの効率によって決まる。したがって、エンジンが最良の熱効率で動作していても、システム効率が必ずしも良いとは限らない。

本発明の目的は、システム効率の向上を図ることができる、ハイブリッドシステムの制御装置を提供することである。

前記の目的を達成するため、本発明に係るハイブリッドシステムの制御装置は、エンジン、エンジンの動力で発電する発電モータ、バッテリ、バッテリの出力電圧をシステム電圧に昇圧する昇圧コンバータおよびシステム電圧により駆動される駆動モータを備え、車両に搭載されて、駆動モータの動力を車両の駆動輪に伝達するハイブリッドシステムの制御装置であって、互いに異なる複数のシステム電圧ごとに作成され、エンジンの目標エンジン回転数と目標エンジントルクとの関係を示す目標動作線を記憶する記憶手段と、システム電圧に応じた目標動作線を選択し、当該選択した目標動作線に従って目標エンジン回転数および目標エンジントルクを設定して、エンジンの駆動を制御するエンジン制御手段とを含む。

この構成によれば、記憶手段には、エンジン回転数とエンジントルクとの関係を示す目標動作線が記憶されている。目標動作線は、互いに異なる複数のシステム電圧ごとに作成されている。そして、システム電圧に応じた目標動作線が選択されて、その選択された目標動作線に従って目標エンジン回転数および目標エンジントルクが設定され、目標エンジン回転数および目標エンジントルクが得られるようにエンジンの駆動が制御される。

エンジンの熱効率ならびに発電モータおよびインバータによる発電効率によって決まるシステム効率は、システム電圧により変化する。システム電圧ごとのシステム効率は実測可能であるから、システム電圧ごとのシステム効率を予め実測し、実測データを基に、システム電圧ごとにシステム効率が高効率となるエンジンの目標動作線を作成することができる。したがって、その作成したシステム電圧ごとの目標動作線を記憶手段に記憶させておけば、システム電圧に応じた目標動作線に従ってエンジンの駆動を制御することにより、システム効率の向上を図ることができる。その結果、ハイブリッドシステムにおけるエネルギ損失の低減を図ることができ、ハイブリッドシステムが搭載される車両の動力性能および燃費の向上を図ることができる。

エンジン制御手段は、システム電圧に応じた目標動作線上にハイブリッドシステムのシステム効率を低下させる領域が存在する場合、当該領域上でエンジンが動作しないよう、目標エンジン回転数および目標エンジントルクの少なくとも一方を設定することが好ましい。

システム効率が高効率となるようにエンジンの目標動作線が作成されても、目標動作線上の一部の領域では、システム効率が低下する場合がある。当該領域上でエンジンが動作しないよう、目標エンジン回転数および目標エンジントルクの少なくとも一方が設定されることにより、システム効率の局所的な低下を抑制でき、車両の動力性能および燃費のさらなる向上を図ることができる。

本発明によれば、システム効率の向上を図ることができる。

本発明の一実施形態に係るハイブリッドシステムが搭載された車両の構成を示すブロック図である。エンジンの目標動作線を示す図であり、システム電圧Ａ（Ｖ）に対応した目標動作線を示す。エンジンの目標動作線を示す図であり、システム電圧Ｂ（Ｖ）に対応した目標動作線を示す。エンジンの目標動作線を示す図であり、システム電圧Ｃ（Ｖ）に対応した目標動作線を示す。

以下では、本発明の実施の形態について、添付図面を参照しつつ詳細に説明する。

＜ハイブリッド車両＞
図１は、本発明の一実施形態に係るハイブリッドシステム２が搭載された車両１の構成を示すブロック図である。

車両１は、シリーズ方式のハイブリッドシステム２を搭載している。ハイブリッドシステム２には、エンジン（ＥＮＧ）１１、発電モータ（ＭＧ１）１２、駆動モータ（ＭＧ２）１３、駆動用バッテリ１４およびＰＣＵ（Power Control Unit：パワーコントロールユニット）１５が含まれる。

エンジン１１は、たとえば、ガソリンエンジンまたはディーゼルエンジンである。エンジン１１のクランクシャフト２１には、エンジン出力ギヤ２２がクランクシャフト２１と一体に回転するように設けられている。

発電モータ１２は、たとえば、永久磁石同期モータからなる。発電モータ１２の回転軸２３には、発電モータギヤ２４が一体に回転するように設けられている。発電モータギヤ２４は、エンジン出力ギヤ２２と噛合している。発電モータ１２は、エンジン１１の停止時に、エンジン１１をクランキングさせるスタータモータとして使用される。エンジン１１の始動後、発電モータ１２は、エンジン１１の動力を電力に変換する発電機として機能する。

駆動モータ１３は、たとえば、発電モータ１２よりも大型の永久磁石同期モータからなる。駆動モータ１３の回転軸２５には、モータ出力ギヤ２６が回転軸２５と一体回転するように設けられている。

モータ出力ギヤ２６は、車両１に搭載されている動力伝達機構３に結合されている。動力伝達機構３には、カウンタ軸３１、カウンタギヤ３２、出力ギヤ３３およびデファレンシャルギヤ３４が含まれる。カウンタ軸３１は、駆動モータ１３の回転軸２５と平行に設けられている。カウンタギヤ３２および出力ギヤ３３は、カウンタ軸３１に一体に回転するように設けられている。出力ギヤ３３は、デファレンシャルギヤ３４のリングギヤ３５と噛合している。モータ出力ギヤ２６は、カウンタギヤ３２と噛合している。

駆動モータ１３の動力は、モータ出力ギヤ２６、カウンタギヤ３２および出力ギヤ３３を介して、デファレンシャルギヤ３４に伝達される。そして、デファレンシャルギヤ３４に伝達された動力は、車両１の左右のドライブシャフト４を介して、左右の駆動輪５に伝達される。これにより、左右の駆動輪５が回転し、車両１が前進または後進走行する。

駆動用バッテリ１４は、複数の二次電池（たとえば、リチウムイオン電池）を組み合わせた組電池である。駆動用バッテリ１４は、たとえば、約２００〜３５０Ｖ（ボルト）の直流電力を出力する。

ＰＣＵ１５は、発電モータ１２および駆動モータ１３の駆動を制御するためのユニットであり、第１インバータ（ＭＧ１ＩＮＶ）４１、第２インバータ（ＭＧ２ＩＮＶ）４２および昇圧コンバータ（ＢｓｔＣＯＮＶ）４３を備えている。

車両１の加速走行時には、駆動モータ１３が力行運転されて、駆動モータ１３が力行のための動力を発生する。このとき、駆動用バッテリ１４から出力される直流電力が昇圧コンバータ４３により必要に応じて昇圧されて、昇圧コンバータ４３から出力される直流電力が第２インバータ４２で交流電力に変換され、その交流電力が駆動モータ１３に供給される。これにより、駆動用バッテリ１４の電力が消費される。

また、エンジン１１の始動時には、駆動用バッテリ１４から出力される直流電力が昇圧コンバータ４３により昇圧されて、昇圧された直流電力が第１インバータ４１で交流電力に変換され、交流電力が発電モータ１２に供給される。これにより、発電モータ１２がモータリング運転されて、エンジン１１が発電モータ１２によりモータリングされる。このモータリングによりエンジン１１のクランクシャフトが回転し、その回転数が始動に必要な回転数まで上昇すると、エンジン１１の点火プラグがスパークされて、エンジン１１が始動される。

エンジン１１が動作している状態で、発電モータ１２が発電運転されることにより、発電モータ１２が交流電力を発生する。発電モータ１２が発電する交流電力は、第１インバータ４１により、直流電力に変換される。そして、第１インバータ４１から出力される直流電力が第２インバータ４２で交流電力に変換され、交流電力が駆動モータ１３に供給される。また、駆動モータ１３への電力の供給が不要なときには、第１インバータ４１から出力される直流電力が昇圧コンバータ４３で降圧されて、降圧後の直流電力が駆動用バッテリ１４に供給されることにより、駆動用バッテリ１４が充電される。

車両１の減速走行時には、駆動モータ１３が回生運転されて、駆動輪５から駆動モータ１３に伝達される動力が交流電力に変換される。このとき、駆動モータ１３が走行駆動系の抵抗となり、その抵抗が車両１を制動する制動力（回生制動力）として作用する。駆動モータ１３が発生する交流電力は、第２インバータ４２により、直流電力に変換される。そして、第２インバータ４２から出力される直流電力が昇圧コンバータ４３で降圧されて、降圧後の直流電力が駆動用バッテリ１４に供給されることにより、駆動用バッテリ１４が充電される。

また。車両１には、マイコン（マイクロコントローラユニット）５１を含む構成のＥＣＵ（Electronic Control Unit：電子制御ユニット）６が備えられている。マイコン５１には、たとえば、ＣＰＵ、フラッシュメモリなどの不揮発性メモリおよびＤＲＡＭ（Dynamic Random Access Memory）などの揮発性メモリが内蔵されている。図１には、１つのＥＣＵ６のみが示されているが、車両１には、各部を制御するため、ＥＣＵ６と同様の構成を有する複数のＥＣＵが搭載されている。ＥＣＵ６を含む複数のＥＣＵは、ＣＡＮ（Controller Area Network）通信プロトコルによる双方向通信が可能に接続されている。

＜エンジン制御＞
図２、図３および図４は、エンジン１１の目標動作線を示す図である。

ＥＣＵ６のマイコン５１に内蔵されている不揮発性メモリには、エンジン１１の目標動作線がマップの形態で記憶されている。目標動作線は、エンジン１１の目標エンジン回転数と目標エンジントルクとの関係を示す特性線である。目標動作線は、複数のシステム電圧ごとに作成されている。システム電圧は、ＰＣＵ１５の第２インバータ４２に供給される直流電圧である。図２、図３および図４は、互いに異なるシステム電圧Ａ（Ｖ）、システム電圧Ｂ（Ｖ）およびシステム電圧Ｃ（Ｖ）に対応した目標動作線である。

目標動作線は、ハイブリッドシステム２のシステム効率の実測値に基づいて作成されている。ハイブリッドシステム２のシステム効率は、エンジン１１の熱効率、発電モータ１２の効率、第１インバータ４１の効率および第２インバータ４２の効率によって決まる。図２、図３および図４には、目標動作線とともに、システム効率マップが示されている。システム効率マップは、等システム効率におけるエンジン回転数およびエンジントルクの位置をプロットした等高線を示す。

システム電圧をＡ（Ｖ）として、エンジン１１の回転数およびトルクを変化させて、システム効率を実測することにより、その実測データを基に、図２に示されるシステム効率マップを作成することができる。そして、システム効率マップから目標動作線を作成することができる。システム電圧Ｂ（Ｖ）に対応した目標動作線およびシステム電圧Ｃ（Ｖ）に対応した目標動作線についても、システム電圧Ｂ（Ｖ）に対応した目標動作線と同様な手法で作成される。

エンジン１１の駆動を制御するため、ＥＣＵ６では、マイコン５１により、車両１の車室内に設けられたアクセルペダルの最大操作量に対する運転者による操作量の割合であるアクセル開度および車両１の車速に応じた駆動モータ１３の目標モータトルクが設定され、その目標モータトルクの出力に必要なシステム電圧が求められる。そして、昇圧コンバータ４３が制御されることにより、駆動用バッテリ１４の出力電圧がシステム電圧に昇圧される。また、ＥＣＵ６のマイコン５１により、システム電圧に応じた目標動作線が選択されて、その選択された目標動作線に従って目標エンジン回転数および目標エンジントルクが設定される。目標動作線上の一部の領域でシステム効率が低下する場合には、当該領域上でエンジン１１が動作しないよう、図２に破線で示されるように、目標エンジン回転数および目標エンジントルクの少なくとも一方が目標動作線上から外れた点に設定される。そして、目標エンジン回転数および目標エンジントルクが得られるように、ＥＣＵ６のマイコン５１により、エンジン１１の駆動が制御される。

なお、アクセル開度および車速は、他のＥＣＵからＥＣＵ６にＣＡＮ通信により入力されてもよいし、車両１のユーザ（運転者）により操作されるアクセルペダルの操作量に応じた検出信号を出力するアクセルセンサと、車両１の車速に応じた検出信号を出力する車速センサとがＥＣＵ６に接続されて、ＥＣＵ６において、それらの検出信号から求められてもよい。

＜作用効果＞
以上のように、ＥＣＵ６のマイコン５１に内蔵されている不揮発性メモリには、エンジン回転数とエンジントルクとの関係を示す目標動作線が記憶されている。目標動作線は、互いに異なる複数のシステム電圧ごとに作成されている。そして、システム電圧に応じた目標動作線が選択されて、その選択された目標動作線に従って目標エンジン回転数および目標エンジントルクが設定され、目標エンジン回転数および目標エンジントルクが得られるようにエンジン１１の駆動が制御される。目標動作線は、システム電圧ごとにシステム効率が高効率となるエンジン回転数とエンジントルクとの関係を示す特性線であるから、システム電圧に応じた目標動作線に従ってエンジン１１の駆動が制御されることにより、システム効率が向上する。その結果、ハイブリッドシステム２におけるエネルギ損失の低減を図ることができ、ハイブリッドシステム２が搭載される車両１の動力性能および燃費の向上を図ることができる。

ＥＣＵ６では、システム電圧に応じた目標動作線上にハイブリッドシステム２のシステム効率を低下させる領域が存在する場合、当該領域上でエンジン１１が動作しないよう、目標エンジン回転数および目標エンジントルクの少なくとも一方が設定される。これにより、システム効率の局所的な低下を抑制でき、車両１の動力性能および燃費のさらなる向上を図ることができる。

＜変形例＞
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は、他の形態で実施することもできる。

たとえば、前述の実施形態では、シリーズ方式のハイブリッドシステム２の構成を例にとったが、本発明は、シリーズ・パラレル方式など、シリーズ方式以外の方式のハイブリッドシステムに適用可能である。シリーズ・パラレル方式のハイブリッドシステムでは、たとえば、エンジンおよびモータが遊星歯車機構に接続されており、エンジンからの動力を分割してモータおよび駆動輪に振り分けることができ、エンジンからの動力およびモータからの動力を合成して駆動輪に伝達することができる。

その他、前述の構成には、特許請求の範囲に記載された事項の範囲で種々の設計変更を施すことが可能である。

１：車両
２：ハイブリッドシステム
５：駆動輪
６：ＥＣＵ（制御装置）
１１：エンジン
１２：発電モータ
１３：駆動モータ
１４：駆動用バッテリ（バッテリ）
４３：昇圧コンバータ
５１：マイコン（記憶手段、エンジン制御手段）

Claims

エンジン、前記エンジンの動力で発電する発電モータ、バッテリ、前記バッテリの出力電圧をシステム電圧に昇圧する昇圧コンバータおよび前記システム電圧により駆動される駆動モータを備え、車両に搭載されて、前記駆動モータの動力を前記車両の駆動輪に伝達するハイブリッドシステムの制御装置であって、
互いに異なる複数の前記システム電圧ごとに作成され、前記エンジンの目標エンジン回転数と目標エンジントルクとの関係を示す目標動作線を記憶する記憶手段と、
前記システム電圧に応じた前記目標動作線を選択し、当該選択した目標動作線に従って前記目標エンジン回転数および前記目標エンジントルクを設定して、前記エンジンの駆動を制御するエンジン制御手段と、を含む、制御装置。
前記エンジン制御手段は、前記システム電圧に応じた前記目標動作線上に前記ハイブリッドシステムのシステム効率を低下させる領域が存在する場合、当該領域上で前記エンジンが動作しないよう、前記目標エンジン回転数および前記目標エンジントルクの少なくとも一方を設定する、請求項１に記載の制御装置。