JP2021138151A - ハイブリッド車の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】燃費の悪化を抑制しつつ、要求出力の増大に対して良好なレスポンスでモータの出力を立ち上げることができる、ハイブリッド車の制御装置を提供する。【解決手段】エンジン１１の運転モードとして、通常モードよりもモータ１３からの出力を重視した出力モードが設けられている。この出力モードでは、エンジン１１の運転状態が維持される。エンジン１１の運転状態が維持される間、エンジン１１の点火時期が最適点火時期とされる。また、エンジン１１の回転変動が生じた場合には、発電機１２が制御されて、発電機１２が発生する動力でその回転変動が補われる。【選択図】図１

Description

本発明は、シリーズ方式のハイブリッド車の制御装置に関する。

従来、ハイブリッドシステムを駆動系に採用した車両、いわゆるハイブリッド車（ＨＶ：Hybrid Vehicle）が知られている。

シリーズ方式のハイブリッド車では、エンジンと、エンジンの動力で発電する発電モータと、走行用の動力を発生する駆動モータと、電池とが搭載されている。ユーザにより駆動モータに要求される出力（要求出力）が小さいときには、電池からの電力で駆動モータが駆動されて、駆動モータから出力される動力でハイブリッド車がＥＶ（Electric Vehicle）走行する。要求出力が増大すると、エンジンが始動されて、エンジンの動力で発電モータが発電する電力と電池からの電力とで駆動モータが駆動され、駆動モータから出力される動力でハイブリッド車がＨＶ走行する。

特開２０１１−２１８８５４号公報

ＥＶ走行からＨＶ走行に移行する際、電池からの電力がエンジンの始動と駆動モータの駆動とに使用される。そのため、エンジンの始動の開始から完了までにタイムラグがあり、エンジンの始動完了後に発電モータが発電開始するので、要求出力（アクセル開度）に対して、駆動モータの出力の立ち上がりが遅れる。これを解消するために、エンジンを運転状態で維持すると燃費が悪化する。

本発明の目的は、燃費の悪化を抑制しつつ、要求出力の増大に対して良好なレスポンスで駆動モータの出力を立ち上げることができる、ハイブリッド車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車の制御装置は、エンジンと、エンジンの動力で発電する発電機と、走行のための動力を出力するモータと、モータの駆動に使用される電力を蓄える電池とを搭載したハイブリッド車の制御装置であって、エンジンの運転モードとして、通常モードと、通常モードよりもモータからの出力を重視した出力モードとを有し、出力モードでは、エンジンの点火時期を最適点火時期として、エンジンを運転状態で維持し、運転状態のエンジンの回転に変動が生じた場合、発電機が発生する動力で当該回転変動を補うように、発電機を制御する。

この構成によれば、エンジンの運転モードとして、通常モードよりもモータからの出力を重視した出力モードが設けられている。この出力モードでは、エンジンの運転状態が維持される。そのため、アクセルペダルの踏み増しなどにより、モータに要求される出力が増大した場合に、発電機の発電を直ちに開始することができ、その要求出力の増大に対して良好なレスポンスでモータの出力を立ち上げることができる。

そして、エンジンの運転状態が維持される間、エンジンの点火時期が最適点火時期（ＭＢＴ：Minimum advance for the Best Torque）とされる。これにより、エンジンの燃焼効率が最良となり、エンジンの運転状態が維持されることによる燃費の悪化を抑制できる。

また、エンジンの点火時期が最適点火時期であると、エンジンの回転数の落ち込みなどの回転変動が生じた場合に、点火時期の調整によりエンジンのトルクを上げることができない。その場合に、エンジンのトルクを上げるために、エンジンに供給される空気量が増やされると、燃料の消費も増えるので、燃費が悪化する。そこで、エンジンの回転変動が生じた場合には、発電機が制御されて、発電機が発生する動力でその回転変動が補われる。これにより、燃費の悪化を抑制しつつ、エンジンの回転変動によるストールの発生を抑制することができる。

制御装置は、エンジンを運転状態で維持するときに、電池の充電状態に応じて、発電機を発電運転と力行運転とに切り替えて運転させてもよい。

この構成では、エンジンの回転軸と発電機の回転軸とを連結するギヤの歯打ち音の発生を抑制することができる。また、電池の充電状態を一定に保持することができ、電池の過充電を防止することができる。

本発明によれば、燃費の悪化を抑制しつつ、要求出力の増大に対して良好なレスポンスでモータの出力を立ち上げることができる。

本発明の一実施形態に係るハイブリッド車の構成を示すブロック図である。 アクセルペダルの操作に対してモータへの供給が必要とされる要求電力の時間変化と、そのアクセルペダルの操作に対する通常モードでのモータへの供給電力の時間変化とを示す図である。 アクセルペダルの操作に対してモータへの供給が必要とされる要求電力の時間変化と、そのアクセルペダルの操作に対する出力モードでのモータへの供給電力の時間変化とを示す図である。 エンジンの点火時期とエンジントルクとの関係を示す図である。

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＞
図１は、本発明の一実施形態に係るハイブリッド車１の構成を示すブロック図である。

ハイブリッド車１は、シリーズ方式のハイブリッドシステムを採用しており、エンジン（Ｅ／Ｇ）１１、発電機（モータ）１２およびモータ（発電機）１３を搭載している。なお、ハイブリッドシステムの方式は、シリーズ方式に限らず、シリーズ・パラレル方式であってもよい。

エンジン１１は、たとえば、ガソリンエンジンであり、エンジン１１の燃焼室への吸気量を調整するための電子スロットルバルブ、燃料を吸入空気に噴射するインジェクタ（燃料噴射装置）および燃焼室内に電気放電を生じさせる点火プラグなどを備えている。

発電機１２は、たとえば、永久磁石同期モータからなる。発電機１２の回転軸は、エンジン１１のクランクシャフトと機械的に連結されている。

モータ１３は、たとえば、発電機１２よりも大型の永久磁石同期モータからなる。モータ１３の回転軸は、動力を駆動輪１４に伝達する動力伝達機構に連結されている。

ハイブリッド車１には、発電機１２およびモータ１３をそれぞれ駆動するためのインバータやマイコン（マイクロコントローラユニット）などを内蔵するＰＣＵ（Power Control Unit：パワーコントロールユニット）１５と、複数の二次電池を組み合わせた組電池からなる蓄電池１６とが搭載されている。

ハイブリッド車１の加速走行時には、モータ１３が力行運転されて、モータ１３がハイブリッド車１の走行のための動力を発生する。動力伝達機構には、デファレンシャルギヤが含まれており、モータ１３の動力は、その動力伝達機構により、左右の前輪または後輪からなる駆動輪１４に分配される。

ユーザによるアクセルペダルの操作が小さく、モータ１３に要求される出力（要求出力）が小さいとき、エンジン１１が停止されたまま、ＰＣＵ１５により、蓄電池１６からの電力がモータ１３に供給される。このとき、蓄電池１６からの電力のみでモータ１３が駆動され、ハイブリッド車１は、そのモータ１３の動力でＥＶ走行する。一方、アクセルペダルが大きく操作されて、モータ１３に要求される出力が大きい場合には、エンジン１１が始動されて、発電機１２による発電が行われる。そして、ＰＣＵ１５により、発電機１２による発電電力と蓄電池１６からの電力とがモータ１３に供給される。これにより、発電機１２による発電電力と蓄電池１６からの電力とでモータ１３が駆動され、ハイブリッド車１は、そのモータ１３の動力でＨＶ走行する。

また、エンジン１１の始動時には、ＰＣＵ１５により、蓄電池１６からの電力が発電機１２に供給される。これにより、発電機１２がモータとして力行運転されて、エンジン１１が発電機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（クランキング）、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。

発電機１２の発電時に、発電機１２からモータ１３への電力の供給が不要なときには、ＰＣＵ１５により、発電機１２の発電電力が蓄電池１６に供給されて、その発電機１２の発電電力で蓄電池１６が充電される。

また、ハイブリッド車１の減速走行時には、モータ１３が発電機として回生運転されて、駆動輪１４からモータ１３に伝達される動力が電力に変換される。このとき、モータ１３が走行駆動系の抵抗となり、その抵抗がハイブリッド車１を制動する制動力（回生制動力）として作用する。ＰＣＵ１５により、モータ１３の発電電力が蓄電池１６に供給されて、そのモータ１３の発電電力で蓄電池１６が充電される。

また、ハイブリッド車１には、マイコン（マイクロコントローラユニット）を含む構成のＥＣＵ（Electronic Control Unit：電子制御ユニット）が備えられている。マイコンには、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。ハイブリッド車１には、各部を制御するため、複数のＥＣＵが搭載されている。その複数の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。

複数のＥＣＵには、エンジン１１の制御のためのＥＣＵ２１が含まれる。ＥＣＵ２１には、エンジン１１の制御に必要なセンサやスイッチが接続されている。エンジン１１の制御に必要なセンサとして、たとえば、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２２を挙げることができる。また、エンジン１１の制御に必要なスイッチとして、たとえば、エンジン１１の運転モードを設定するための設定スイッチ２３が含まれる。設定スイッチ２３は、たとえば、プッシュ式のスイッチであり、ステアリングホイールに配設されている。ＥＣＵ２１は、各種センサの検出信号やスイッチ類の接点信号、他のＥＣＵから入力される種々の情報などに基づいて、エンジン１１の始動、停止および出力調整などのため、エンジン１１の電子スロットルバルブ、インジェクタおよび点火プラグなどを制御する。

＜エンジンの運転モード＞
ハイブリッド車１では、エンジン１１の運転モードとして、通常モード、出力モードおよびエコモードが設けられている。ユーザは、設定スイッチ２３の操作により、通常モード、出力モードおよびエコモードのうちの１つを選択して設定することができる。そして、ユーザによって設定された運転モードに応じて、ＥＣＵ２１により、エンジン１１の運転が制御される。

図２は、アクセルペダルの操作に対してモータ１３への供給が必要とされる要求電力の時間変化と、そのアクセルペダルの操作に対する通常モードでのモータ１３への供給電力の時間変化とを示す図である。

通常モードでは、前述のとおり、アクセルペダルの操作が小さいときには、エンジン１１が停止されて、蓄電池１６からの電力のみでモータ１３が駆動され、そのモータ１３の動力でハイブリッド車１がＥＶ走行する。このＥＶ走行状態において、アクセルペダルが踏み込まれて、モータ１３に要求される出力が増大すると、エンジン１１が始動される。

エンジン１１の始動時には、蓄電池１６からの電力がエンジン１１の始動とモータ１３の駆動とに使用される。そのため、エンジン１１の始動が完了するまでは、蓄電池１６からモータ１３に供給される走行用電力が制限されるのに加え、発電機１２による発電が行われないため、アクセルペダルの踏み込みに対してモータ１３の出力の立ち上がりが遅れる。

図３は、アクセルペダルの操作に対してモータ１３への供給が必要とされる要求電力の時間変化と、そのアクセルペダルの操作に対する出力モードでのモータ１３への供給電力の時間変化とを示す図である。

出力モードでは、エンジン１１が停止されず、エンジン１１がアイドリング回転数付近の無負荷に近い状態で運転されている。そのため、蓄電池１６からの電力のみでモータ１３が駆動されている状態において、アクセルペダルが踏み込まれて、モータ１３に要求される出力が増大すると、発電機１２による発電が直ちに開始される。そのため、アクセルペダルの踏み込みに対して良好なレスポンスでモータ１３の出力が立ち上がる。

図４は、エンジン１１の点火時期とエンジントルクとの関係を示す図である。

出力モードでは、エンジン１１が運転されている間、エンジン１１の点火時期が最適点火時期（ＭＢＴ）とされる。これにより、エンジン１１の燃焼効率が最良となり、エンジン１１の運転状態が維持されることによる燃費の悪化が抑制される。

ところが、エンジン１１の点火時期が最適点火時期であると、エンジン１１の回転数の落ち込みが生じた場合に、通常アイドルの無負荷運転時は、点火遅角によりリザーブしているエンジン１１のトルクがなく、点火時期の調整によりトルクを上げることができない。そこで、エンジン１１の回転数の落ち込みが生じた場合には、発電機１２が制御されて、発電機１２が発生する動力でエンジン１１の回転数の落ち込みが解消される。

また、エンジン１１の運転状態が維持されながら、蓄電池１６からの電力のみでモータ１３が駆動されている間、発電機１２による僅かな発電が行われる。これにより、発電機１２の回転軸がフリーになることが抑制され、エンジン１１と発電機１２との間で動力を伝達するギヤの歯打ち音などの発生が抑制される。発電機１２による発電で蓄電池１６の充電状態（充電容量に対する充電残量の比率）を示すＳＯＣ（State Of Charge）が上限に達した場合には、発電機１２の発電運転と力行運転とが繰り返されて、蓄電池１６の過充電が防止される。

エコモードは、通常モードよりも燃費を重視したモードである。エコモードについての詳細な説明は省略する。

＜作用効果＞
以上のように、エンジン１１の運転モードとして、通常モードよりもモータ１３からの出力を重視した出力モードが設けられている。この出力モードでは、エンジン１１の運転状態が維持される。そのため、アクセルペダルの踏み増しなどにより、モータ１３に要求される出力が増大した場合に、発電機１２の発電を直ちに開始することができ、その要求出力の増大に対して良好なレスポンスでモータ１３の出力を立ち上げることができる。

そして、エンジン１１の運転状態が維持される間、エンジン１１の点火時期が最適点火時期とされる。これにより、エンジン１１の燃焼効率が最良となり、エンジン１１の運転状態が維持されることによる燃費の悪化を抑制できる。

また、エンジン１１の点火時期が最適点火時期であると、エンジン１１の回転数の落ち込みなどの回転変動が生じた場合に、点火時期の調整によりエンジン１１のトルクを上げることができない。その場合に、エンジン１１のトルクを上げるために、エンジン１１に供給される空気量が増やされると、燃料の消費も増えるので、燃費が悪化する。そこで、エンジン１１の回転変動が生じた場合には、発電機１２が制御されて、発電機１２が発生する動力でその回転変動が補われる。これにより、燃費の悪化を抑制しつつ、エンジン１１の回転変動によるストールの発生を抑制することができる。

＜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、プッシュ式の設定スイッチ２３の操作により、エンジン１１の運転モードが選択的に設定されるとしたが、これに限らず、ボリューム式（ダイヤル式）の設定スイッチが設けられて、その設定スイッチの回動操作により、エンジン１１の運転モードが選択的に設定されてもよい。

また、エンジン１１の運転モードは、ユーザの意志で設定されるのではなく、ユーザ（ドライバ）によるハイブリッド車１の運転状況を表すパラメータに応じて自動的に設定されてもよい。たとえば、ハイブリッド車１が上り勾配の路面上で発進する場合には、エンジン１１の運転モードが出力モードに設定されて、ハイブリッド車１のずり下がりの発生が抑制されてもよい。ハイブリッド車１の状況を表すパラメータは、路面勾配以外に、ハイブリッド車１の車速や直近の所定時間におけるモータ１３に要求される出力（アクセルペダルの操作量）などであってもよい。

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：ハイブリッド車
１１：エンジン
１２：発電機
１３：モータ
１６：蓄電池（電池）
２１：ＥＣＵ（制御装置）

Claims (1)

1. エンジンと、前記エンジンの動力で発電する発電機と、走行のための動力を出力するモータと、前記モータの駆動に使用される電力を蓄える電池とを搭載したハイブリッド車の制御装置であって、
   前記エンジンの運転モードとして、通常モードと、前記通常モードよりも前記モータからの出力を重視した出力モードとを有し、
   前記出力モードでは、
   前記エンジンの点火時期を最適点火時期として、前記エンジンを運転状態で維持し、
   運転状態の前記エンジンの回転に変動が生じた場合、前記発電機が発生する動力で当該回転変動を補うように、前記発電機を制御する、制御装置。

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