JP2022175021A - ハイブリッド車両の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】退避走行の走行距離を確保したハイブリッド車両の制御装置を提供することを課題とする。【解決手段】エンジン、前記エンジンと車輪との動力伝達経路に設けられたモータ、前記動力伝達経路における前記エンジンと前記モータとの間の部分に設けられたクラッチ、前記モータでの発電電力を充電するバッテリ、前記バッテリの充電電力により駆動する補機を有したハイブリッド車両の制御装置であって、前記エンジンに異常があるか否かを判定する異常判定部と、前記エンジンに異常があると判定された場合に、前記クラッチを係合させて前記エンジンによる退避走行制御を実行しつつ、前記エンジンにより前記モータを回転させて前記モータの発電電力を前記バッテリに充電するフェールセーフ制御部と、を備えたハイブリット車両の制御装置。【選択図】図３

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、エンジンの異常時にはモータにより退避走行を行うハイブリッド車両が記載されている。

特開２００６－００１５３１号公報

上述のようにモータによる退避走行時には、モータは発電することができないため、バッテリを充電することができない。このバッテリの充電電力はハイブリッド車両の補機類にも使用されるため、バッテリの充電電力が不足して補機類が駆動できなくなり、これにより退避走行での走行距離が不足するおそれがある。

そこで本発明は、退避走行の走行距離を確保したハイブリッド車両の制御装置を提供することを目的とする。

上記目的は、エンジン、前記エンジンと車輪との動力伝達経路に設けられたモータ、前記動力伝達経路における前記エンジンと前記モータとの間の部分に設けられたクラッチ、前記モータでの発電電力を充電するバッテリ、前記バッテリの充電電力により駆動する補機を有したハイブリッド車両の制御装置であって、前記エンジンに異常があるか否かを判定する異常判定部と、前記エンジンに異常があると判定された場合に、前記クラッチを係合させて前記エンジンによる退避走行制御を実行しつつ、前記エンジンにより前記モータを回転させて前記モータの発電電力を前記バッテリに充電するフェールセーフ制御部と、を備えたハイブリット車両の制御装置によって達成できる。

前記フェールセーフ制御部は、前記モータの発電電力による前記バッテリの充電量を、前記補機の電力消費分に制限してもよい。

前記フェールセーフ制御部は、前記モータにより前記エンジンをアシストするモータアシスト制御を停止してもよい。

前記フェールセーフ制御部は、前記エンジンの運転を自動で停止させて再始動させる間欠運転制御を停止してもよい。

本発明によれば、退避走行の走行距離を確保したハイブリッド車両の制御装置を提供できる。

図１は、ハイブリッド車両の概略構成図である。 図２は、エンジンの概略構成図である。 図３は、ＥＣＵが実行するフェールセーフ制御の一例を示したフローチャートである。

［ハイブリッド車両の概略構成］
図１は、ハイブリッド車両の概略構成図である。ハイブリッド車両には、走行用の駆動源としてエンジン１０とモータ１５が搭載されている。エンジン１０は内燃機関であり、本実施例では後述するように火花点火式のガソリンエンジンであるが、これに限定されず、例えばディーゼルエンジンであってもよい。エンジン１０から車輪１３への動力伝達経路には、変速ユニット１１が設けられている。変速ユニット１１と左右の車輪１３とは、ディファレンシャル１２を介して駆動連結されている。

変速ユニット１１には、Ｋ０クラッチ１４とモータ１５とが設けられている。変速ユニット１１においてモータ１５は、エンジン１０から車輪１３への動力伝達経路上に位置するように設置されている。

Ｋ０クラッチ１４は、同動力伝達経路におけるエンジン１０とモータ１５との間の部分に位置するように設置されている。Ｋ０クラッチ１４は、油圧の供給を受けて係合状態となって、エンジン１０とモータ１５との動力伝達を接続する。Ｋ０クラッチ１４は、油圧供給の停止に応じて開放状態となって、エンジン１０とモータ１５との動力伝達を遮断する。また、Ｋ０クラッチ１４は、トルク伝達を開始してから完全係合するまでスリップ状態となる。尚、後述するＥＣＵ５０は、油圧制御機構２２によりＫ０クラッチ１４に供給される油圧を調整することにより、Ｋ０クラッチ１４を開放状態、スリップ状態、及び係合状態の何れに制御することができる。

モータ１５は、インバータ１７を介してメインバッテリ１６に接続されている。メインバッテリ１６は、ニッケル水素電池、リチウムイオン電池等の充放電可能な二次電池である。モータ１５は、メインバッテリ１６からの給電に応じて車両の駆動力を発生するモータとして機能する一方で、エンジン１０や車輪１３からの動力伝達に応じてメインバッテリ１６に充電する電力を発電する発電機としても機能する。モータ１５とメインバッテリ１６との間で授受される電力は、インバータ１７により調整されている。

メインバッテリ１６には、ＤＣ／ＤＣコンバータ１７ａを介して補機バッテリ１６ａが接続されている。ＤＣ／ＤＣコンバータ１７ａは、メインバッテリ１６の高圧電力を降圧し、低圧電力を補機バッテリ１６ａに出力する。補機バッテリ１６ａは、例えば鉛蓄電池等の二次電池であり、ＤＣ／ＤＣコンバータ１７ａが出力した低圧電力により充電される。補機バッテリ１６ａは、車両の補機類２４に低圧電力を供給する。補機類２４には、例えばエアコンコンプレッサ、ヘッドライド、ブロワファン、ワイパー、ハザードランプ、メータパネル、オーディオ、シートヒータ、電動パワーステアリング、ナビゲーションシステム、ブレーキアクチュエータ等、退避走行時に必要な機能を有するものが含まれる。

変速ユニット１１には、トルク増幅機能を有した流体継ぎ手であるトルクコンバータ１８、及びギア段の切替えにより変速比を多段階に切替える有段式の自動変速機１９が設けられている。変速ユニット１１において自動変速機１９は、上記動力伝達経路におけるモータ１５よりも車輪１３側の部分に位置するように設置されている。モータ１５と自動変速機１９とはトルクコンバータ１８を介して連結されている。トルクコンバータ１８には、油圧の供給を受けて係合してモータ１５と自動変速機１９とを直結するロックアップクラッチ２０が設けられている。

変速ユニット１１には、更にオイルポンプ２１及び油圧制御機構２２が設けられている。オイルポンプ２１で発生した油圧は、油圧制御機構２２を介して、Ｋ０クラッチ１４、トルクコンバータ１８、自動変速機１９、及びロックアップクラッチ２０にそれぞれ供給される。油圧制御機構２２には、Ｋ０クラッチ１４、トルクコンバータ１８、自動変速機１９、及びロックアップクラッチ２０のそれぞれの油圧回路と、それらの作動油圧を制御するための各種の油圧制御弁と、が設けられている。

ハイブリッド車両には、同車両の制御装置としてのＥＣＵ（Electronic Control Unit）５０が設けられている。ＥＣＵ５０は、車両の走行制御に係る各種演算処理を行う演算処理回路と、制御用のプログラムやデータが記憶されたメモリと、を備える電子制御ユニットである。ＥＣＵ５０は、ハイブリッド車両の制御装置の一例であり、詳しくは後述する異常判定部及びフェールセーフ制御部を機能的に実現する。

ＥＣＵ５０は、エンジン１０及びモータ１５の駆動を制御する。例えばＥＣＵ５０は、インバータ１７を制御して、モータ１５とメインバッテリ１６との間での電力の授受量を調整することで、モータ１５のトルク制御を行う。ＥＣＵ５０は、油圧制御機構２２の制御を通じて、Ｋ０クラッチ１４やロックアップクラッチ２０、自動変速機１９の駆動制御を行う。ＥＣＵ５０には、運転者のアクセルペダルの踏込量であるアクセルペダル開度などの検出信号が入力されている。また、ＥＣＵ５０には、車室内に設置された警告灯２５が接続されており、例えばエンジン１０に異常が生じた場合には、警告灯２５を点灯させることにより運転者にその旨を報知する。ＥＣＵ５０には、メインバッテリ１６の充電残量を検出するＳＯＣセンサ２６が接続されている。

ＥＣＵ５０は、モータ走行モード、ハイブリッド走行モード、及びエンジン走行モードの何れかの走行モードでハイブリッド車両を走行させる。モータ走行モードでは、ＥＣＵ５０はＫ０クラッチ１４を開放してモータ１５の動力で車輪１３を回転させる。ハイブリッド走行モードでは、ＥＣＵ５０はＫ０クラッチ１４を係合してエンジン１０及びモータ１５の動力で車輪１３を回転させる。エンジン走行モードでは、ＥＣＵ５０はＫ０クラッチ１４を係合してエンジン１０の動力で車輪１３を回転させる。尚、走行モードの切替えは、車速やアクセルペダル開度から求められた車両の要求駆動力と、メインバッテリ１６の充電状態などに基づいて行われる。

［エンジンの概略構成］
図２は、エンジン１０の概略構成図である。エンジン１０は、気筒３０、ピストン３１、コネクティングロッド３２、クランク軸３３、吸気通路３５、吸気バルブ３６、吸気バルブタイミング機構３６ｖ、及び排気通路３７を有している。気筒３０は、混合気の燃焼を行う。図２には、エンジン１０が有する複数の気筒３０のうちの一つのみが表示されている。ピストン３１は、各気筒３０に往復動可能に収容され、エンジン１０の出力軸であるクランク軸３３に、コネクティングロッド３２を介して連結されている。コネクティングロッド３２及びクランク軸３３は、ピストン３１の往復運動をクランク軸３３の回転運動に変換するクランク機構を構成する。エンジン１０には、クランク軸３３の回転角を検出するクランク角センサ３４が設けられている。

吸気通路３５は、吸気の導入路であり、各気筒３０に吸気バルブ３６を介して接続されている。排気通路３７は、排気の排出路であり、各気筒３０に排気バルブ３８を介して接続されている。吸気バルブ３６及び排気バルブ３８には、それぞれ吸気バルブ３６及び排気バルブ３８の開閉タイミングを変更する油圧式の吸気バルブタイミング機構３６ｖ及び排気バルブタイミング機構３８ｖが設けられている。吸気通路３５には、吸入空気量を検出するエアフローメータ３９、吸気の流量を調整するための弁であるスロットルバルブ４０、及び吸入空気の温度を検出する吸気温センサ４５が設けられている。

各気筒３０には燃料噴射弁４１が設けられている。燃料噴射弁４１は、気筒３０内に直接燃料を噴射する筒内噴射弁であるが、これに限定されず、吸気ポートに向けて燃料を噴射するポート噴射弁であってもよいし、筒内噴射弁とポート噴射弁の双方が設けられていてもよい。各気筒３０には、吸気通路３５を通じて導入された吸気と燃料噴射弁４１が噴射した燃料との混合気を火花放電により点火する点火装置４２が設けられている。排気通路３７には、排気浄化用の触媒４３が設けられ、触媒４３よりも上流側に空燃比を検出する空燃比センサ４４が設けられている。また、エンジン１０には、エンジン１０を冷却するための冷却水の温度を検出する水温センサ４６が設けられている。

ＥＣＵ５０には、クランク角センサ３４、エアフローメータ３９、空燃比センサ４４、吸気温センサ４５、及び水温センサ４６の検出信号が入力される。ＥＣＵ５０は、クランク角センサ３４の検出信号からエンジン回転数の演算を行う。ＥＣＵ５０は、スロットルバルブ４０の開度制御、燃料噴射弁４１の燃料噴射制御、点火装置４２の点火制御、吸気バルブタイミング機構３６ｖ及び排気バルブタイミング機構３８ｖによる吸気バルブ３６及び排気バルブ３８の開閉制御などを通じてエンジン１０の駆動を制御する。

［エンジンの異常判定］
ＥＣＵ５０は、エンジン１０に異常があるか否かを判定する。具体的にはＥＣＵ５０は、クランク角センサ３４、吸気バルブタイミング機構３６ｖ、排気バルブタイミング機構３８ｖ、エアフローメータ３９、スロットルバルブ４０、燃料噴射弁４１、吸気温センサ４５、水温センサ４６等の各種機器やエンジン１０の燃焼状態の少なくとも一つに異常である場合には、エンジン１０に異常があると判定する。

ＥＣＵ５０はこれらの異常を、例えば以下のようにして判定する。エンジン１０の駆動中にクランク角センサ３４の検出値が所定期間にわたってＥＣＵ５０に入力されなかった場合には、ＥＣＵ５０はクランク角センサ３４に異常が生じていると判定する。吸気バルブタイミング機構３６ｖの駆動時に駆動量に見合った分だけカム角信号とクランク角信号との関係が変化していない場合には、ＥＣＵ５０は吸気バルブタイミング機構３６ｖに異常が生じていると判定する。排気バルブタイミング機構３８ｖについても同様である。空燃比センサ４４が検出値と目標値のずれが大きい場合には、ＥＣＵ５０は燃料噴射弁４１に異常が生じていると判定する。定常運転時にスロットルバルブ４０を開閉動作に応じてエアフローメータ３９が検出する吸入空気量が変動していない場合には、ＥＣＵ５０はエアフローメータ３９に異常が生じていると判定する。エンジン１０の始動直後等に吸気温センサ４５及び水温センサ４６の検出温度が大きく乖離していた場合に、ＥＣＵ５０は吸気温センサ４５及び水温センサ４６の少なくとも一方に異常が生じていると判定する。各気筒の燃焼行程に対応した所定のクランク角での回転変動量が大きい場合には、何れかの気筒で失火が生じているものとしてＥＣＵ５０は燃料状態に異常が生じていると判定する。尚、エンジン１０の異常判定の対象となる機器や制御は、上記に限定されない。また、上記の異常判定の方法は一例であり、その他の方法によって異常判定してもよい。

［エンジン異常時でのフェールセーフ制御］
次に、ＥＣＵ５０が実行するエンジン１０の異常時でのフェールセーフ制御について説明する。図３は、ＥＣＵ５０が実行するフェールセーフ制御の一例を示したフローチャートである。この制御は本ハイブリッド車両のシステム起動中に繰り返し実行される。最初にＥＣＵ５０は、上述したようにエンジン１０に異常があるか否かを判定する（ステップＳ１）。ステップＳ１は、異常判定部が実行する処理の一例である。ステップＳ１でＮｏの場合には、本制御は終了する。

ステップＳ１でＹｅｓの場合、ＥＣＵ５０はフェールセーフ制御を実行する（ステップＳ２）。具体的には本実施例でのフェールセーフ制御では、ＥＣＵ５０はエンジン１０による退避走行制御を実行しつつ、モータ１５のモータアシスト制御を停止し、モータ１５によるメインバッテリ１６への充電量を補機類２４による消費電力分に制限し、エンジン１０の間欠運転制御を停止する。エンジン１０による退避走行制御では、エンジン１０の回転速度及び出力トルクが制限される。ステップＳ２は、フェールセーフ制御部が実行する処理の一例である。

上述のフェールセーフ制御では、Ｋ０クラッチ１４を係合することにより、エンジン１０による退避走行制御を実行する。この場合、エンジン１０の回転に伴ってモータ１５も回転する。この状態で、モータアシスト制御が停止されるため、即ちモータ１５による力行運転が停止されるため、モータ１５によるメインバッテリ１６の電力消費が抑制される。ここでメインバッテリ１６の充電電力は、ＤＣ／ＤＣコンバータ１７ａを介して補機バッテリ１６ａに充電され、補機バッテリ１６ａの充電電力が補機類２４で消費される。このため、モータ１５によるメインバッテリ１６の電力消費が抑制することにより、補機類２４に消費される電力を確保することができる。これにより、エンジン１０による退避走行の距離を確保することができる。また、モータアシスト制御が停止されることにより、例えば燃焼状態の異常（失火）が発生している場合には、モータアシスト制御により未燃燃料と多くの酸素量が触媒４３に供給されて触媒４３が過昇温することを回避できる。

上述のフェールセーフ制御において、モータ１５によるメインバッテリ１６への充電電力が補機類２４による消費電力分に制限されるため、補機類２４による消費電力分を確保しつつ、必要以上にモータ１５の発電電力が増大してエンジン１０の回転に対して負荷が増大することを抑制できる。また、上述したようにモータアシスト制御が停止されているため、モータ１５によりメインバッテリ１６の充電電力が消費されることはない。このため、フェールセーフ制御を開始してからのメインバッテリ１６の充電残量の減少分は、ほぼ補機類２４の消費電力に相当する。ここで、メインバッテリ１６の充電残量の減少分は、ＳＯＣセンサ２６の検出値に基づいて算出できる。ＥＣＵ５０は、メインバッテリ１６の充電残量の減少分がメインバッテリ１６に充電されるように、モータ１５の発電電力をインバータ１７により制御してメインバッテリ１６に充電させ、ＤＣ／ＤＣコンバータ１７ａを制御してメインバッテリ１６の充電電力を補機バッテリ１６ａに充電させる。これにより、補機類２４の消費電力を確保して補機類２４の駆動を継続することができ、よって退避走行の距離を確保することができる。

上述のフェールセーフ制御において、エンジン１０の運転を自動で停止させて再始動させる間欠運転制御が停止される。間欠運転制御は、エンジン１０の停止時のクランク角を基準にして再始動時での燃料噴射制御や点火時期制御を開始することで、燃費や始動性、及び始動時の排気エミッションを向上させることができる制御である。しかしながら、上述したようにクランク角センサ３４や、エアフローメータ３９、スロットルバルブ４０、燃料噴射弁４１等に異常があると、再始動時に燃料噴射制御や点火時期制御を適切に開始することができずに、燃費等の向上を十分に図ることができないおそれがある。このため、間欠運転制御を停止する。

次にＥＣＵ５０は、警告灯２５を点灯させる（ステップＳ３）。これにより、運転者にエンジン１０に異常が生じていることを報知することができ、運転者に点検や修理を促すことができる。

以上のように、上記のフェールセーフ制御においては、エンジン１０による退避走行での走行距離を確保することができる。また、エンジン１０による退避走行時にモータアシスト制御を停止してモータ１５による発電電力を補機類２４の消費電力分に制限することにより、エンジン車両と同等の退避走行を実現できる。これにより、例えばエンジン車両での退避走行時でのエンジンの制御方法を、本実施例のハイブリッド車両での退避走行にも流用することができる。

本実施例では、単一のＥＣＵ５０によりハイブリッド車両を制御する場合を例示したが、これに限定されず、例えばエンジン１０を制御するエンジンＥＣＵ、モータ１５を制御するモータＥＣＵ、Ｋ０クラッチ１４を制御するクラッチＥＣＵ、メインバッテリ１６を制御するバッテリＥＣＵ等の複数のＥＣＵによって、上述した制御を実行してもよい。

以上、本発明の実施例について詳述したが、本発明はかかる特定の実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。

１０ エンジン
１４ Ｋ０クラッチ
１５ モータ
１６ メインバッテリ
１６ａ 補機バッテリ
１７ インバータ
１７ａ ＤＣ／ＤＣコンバータ
２４ 補機類
２５ 警告灯
２６ ＳＯＣセンサ
５０ ＥＣＵ（ハイブリッド車両の制御装置）

Claims (4)

1. エンジン、前記エンジンと車輪との動力伝達経路に設けられたモータ、前記動力伝達経路における前記エンジンと前記モータとの間の部分に設けられたクラッチ、前記モータでの発電電力を充電するバッテリ、前記バッテリの充電電力により駆動する補機を有したハイブリッド車両の制御装置であって、
   前記エンジンに異常があるか否かを判定する異常判定部と、
   前記エンジンに異常があると判定された場合に、前記クラッチを係合させて前記エンジンによる退避走行制御を実行しつつ、前記エンジンにより前記モータを回転させて前記モータの発電電力を前記バッテリに充電するフェールセーフ制御部と、を備えたハイブリット車両の制御装置。
2. 前記フェールセーフ制御部は、前記モータの発電電力による前記バッテリの充電量を、前記補機の電力消費分に制限する、請求項１のハイブリッド車両の制御装置。
3. 前記フェールセーフ制御部は、前記モータにより前記エンジンをアシストするモータアシスト制御を停止する、請求項１又は２のハイブリッド車両の制御装置。
4. 前記フェールセーフ制御部は、前記エンジンの運転を自動で停止させて再始動させる間欠運転制御を停止する、請求項１乃至３の何れかのハイブリッド車両の制御装置。

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