JP3568941B2 - ハイブリッド車両の制御装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
この発明は、ハイブリッド車両の制御装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
エンジンと発電可能な電動機(以下、モータ・ジェネレータという)を動力源として備え、前記エンジンと前記モータ・ジェネレータの少なくとも一方の動力を出力軸に伝達して車両の推進力とするハイブリッド車両においては、エネルギー貯蔵手段としてのバッテリーの残容量(以下、SOCと略す)が定常である時には、車速、走行抵抗、スロットル開度に基づいて効率がよくなるようにエンジン走行とモータ走行の切り替え制御を実行している。
また、この種のハイブリッド車両においては、減速時に駆動輪から入力される動力を前記モータ・ジェネレータに伝達し、該モータ・ジェネレータにより回生動作を行って減速エネルギーを回生エネルギーに変換し電気エネルギーとして蓄電装置に充電している(特開2001−169406号等)。この場合、従来は、バッテリーのSOCが規定値以上あるときには、バッテリー保護のために回生量を絞るように制御している。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このように回生量を絞ると図8に示すように車両の減速度が低減してしまい、運転者に違和感を感じさせるという問題があった。
また、回生量を絞ると回収エネルギーが減少し、その分はブレーキを作動した時に熱として捨ててしまうこととなるため、燃費が悪化するという問題もあった。
そこで、この発明は、回生動作時に車両の減速度が減少するのを抑制することができるハイブリッド車両の制御装置を提供するものである。
また、この発明は、電動機走行領域の拡大と回生エネルギーの増大により、燃費向上を図ることができるハイブリッド車両の制御装置を提供するものである。
【0004】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、請求項1に記載した発明は、エンジン(例えば、後述する実施の形態におけるエンジン2)と発電可能な電動機(例えば、後述する実施の形態におけるモータ・ジェネレータ3)を動力源として備え、前記エンジンと前記電動機の少なくとも一方の動力を出力軸(例えば、後述する実施の形態における出力軸5)に伝達して車両の推進力とするハイブリッド車両の制御装置において、前記電動機にエネルギーを供給可能なエネルギー貯蔵手段(例えば、後述する実施の形態におけるバッテリー8)と、前記エネルギー貯蔵手段の残容量を検出する残容量検出手段(例えば、後述する実施の形態における残容量検出手段12)と、車速が予め設定された電動機走行許可車速以下の時に前記エンジンを停止した状態で前記電動機のみによる動力で走行する電動機走行モード(例えば、後述する実施の形態におけるモータクルーズモード)とを備え、前記残容量検出手段により検出した残容量が所定値(例えば、後述する実施の形態におけるSOC2)以上の場合に前記電動機走行許可車速を引き上げるように制御し、前記電動機走行許可車速を引き上げた際の電動機走行許可時間が、車速と前記エネルギー貯蔵手段の残容量に応じて予め設定されていることを特徴とする。ここで、電動機走行許可時間とは、1回の電動機走行で許可される連続走行時間をいう。
このように構成することにより、前記電動機のみによる動力で走行する走行領域(以下、電動機走行領域という)を拡大することができ、回生量を減少させることなくエネルギー回収を行うことができる。また、電動機走行で消費されるエネルギーは車速と電動機走行許可時間から決定することができるので、電動機走行を実行した後のエネルギー貯蔵手段の残容量を予め設定することができる。
【0005】
請求項2に記載した発明は、請求項1に記載の発明において、前記電動機走行モードにおける前記エンジンの停止状態では、前記エンジンの少なくとも一部の気筒を吸気バルブおよび排気バルブを閉止して気筒休止することを特徴とする。このように構成することにより、電動機走行時におけるエンジンのポンピングロスが低減され、エンジン抵抗を低減することができる。
なお、休止する気筒は全気筒であってもよいし、あるいは、一部の気筒であってもよい。
【0006】
請求項3に記載した発明は、請求項1または請求項2に記載の発明において、前記引き上げられる前記電動機走行許可車速は、前記エネルギー貯蔵手段の残容量が大きくなるにしたがって漸次大きく設定されることを特徴とする。
このように構成することにより、エネルギー貯蔵手段の残容量が小さい時に高車速での電動機走行が行われてエネルギー貯蔵手段の残容量が過度に減少するのを防止することができる。
【0007】
請求項4に記載した発明は、請求項3に記載の発明において、前記残容量検出手段により検出される残容量が前記引き上げ後の電動機走行許可車速に対応する残容量よりも減少した場合に、電動機走行許可車速を引き上げ前の電動機走行許可車速に引き下げるように制御することを特徴とする。
このように構成することにより、残容量が減少した時に電動機走行許可車速を引き上げ前の初期値に戻すことができる。
【0008】
請求項5に記載した発明は、請求項4に記載の発明において、前記引き上げ後の電動機走行許可車速に対応する前記残容量は、電動機走行許可車速に応じて設定されたヒステリシスを有することを特徴とする。
このように構成することにより、引き上げられた電動機走行許可車速に基づいて電動機走行モードが選択された場合に、前記エネルギー貯蔵手段の残容量を少なくとも前記ヒステリシス分減少させることができる。また、電動機走行モードに入ったり該モードから出たりするハンチングを防止することができる。
【0013】
【発明の実施の形態】
以下、この発明に係るハイブリッド車両の制御装置の実施の形態を図1から図5の図面を参照して説明する。
図1は、この実施の形態におけるハイブリッド車両の動力伝達系の概略構成図である。
このハイブリッド車両では、エンジン2と発電可能な電動機(以下、モータ・ジェネレータという)3が直列に直結されており、エンジン2とモータ・ジェネレータ3の少なくとも一方の動力が変速機4および出力軸5を介して車両の駆動輪6に伝達されるように構成されている。
【0014】
このハイブリッド車両の減速時に駆動輪6側からモータ・ジェネレータ3側に駆動力が伝達されると、モータ・ジェネレータ3は発電機として機能していわゆる回生制動力を発生し、車体の運動エネルギーを電気エネルギーとして回収し、パワードライブユニット(PDU)7を介してバッテリー8に充電する。この時の回生出力はECU9によってPDU7を介して制御される。したがって、PDU7は回生出力を制御する回生出力制御手段を構成する。
そして、モータ・ジェネレータ3は、バッテリー8に充電された電気エネルギーを消費して駆動されるとともに、ECU9によってPDU7を介して駆動出力が制御される。なお、バッテリー8に代えてキャパシタを用いることも可能である。
【0015】
エンジン2は多気筒レシプロタイプエンジンであり、各気筒に対する吸排気を行わせるための吸気バルブおよび排気バルブの作動制御を行う吸排気制御装置(気筒休止手段)10と、各気筒に対する燃料噴射制御および噴射燃料の点火制御を行う燃料噴射・点火制御装置11とを有し、これら制御装置10,11はECU9によって制御される。
このハイブリッド車両は、必要に応じて、燃料噴射・点火制御装置11によりエンジン2の全気筒の燃料供給を停止する燃料供給停止制御(以下、F/C制御と略す)が可能であり、さらに、必要に応じて、吸排気制御装置10によりエンジン2の全気筒の吸排気バルブを全閉にする気筒休止制御(休筒制御という場合もある)が可能になっている。
また、ECU9には、バッテリー8の残容量(以下、SOCと略す)を検出する残容量検出手段12からの信号と、車速を検出する車速センサ13からの信号が入力される。
【0016】
このように構成されたハイブリッド車両は、クルーズモードとしてモータクルーズモード(電動機走行モード)とクルーズ充電モードを備えており、さらにクルーズモードのほかにモータアシストモードや減速回生モードを備えている。
モータクルーズモードは、モータ・ジェネレータ3を電動機として機能させ、モータ・ジェネレータ3の動力だけで車両を走行させるモードであり、この時には、エンジン2に対してF/C制御が行われるとともに、エンジン2のポンピングロスを低減させるべく休筒制御が行われる。
クルーズ充電モードは、エンジン2を動作させ、エンジン2の動力で車両を走行させると同時に、モータ・ジェネレータ3を発電機として機能させてエンジン2の動力の一部を電気エネルギーに変換しバッテリー8に充電するモードである。
モータアシストモードは、エンジン2を動作させ且つモータ・ジェネレータ3を電動機として機能させて、エンジン2とモータ・ジェネレータ3の両方の動力で車両を走行させるモードである。
減速回生モードは、モータ・ジェネレータ3を発電機として機能させ、車両の減速走行時にモータ・ジェネレータ3により回生動作を行って減速エネルギーを回生エネルギーに変換し電気エネルギーとしてバッテリー8に充電するモードである。
【0017】
また、クルーズモードにおいては、車速が予め設定されたモータ走行許可車速(電動機走行許可車速)以下の時にモータクルーズモードが選択され、車速が前記モータ走行許可車速を越える時にクルーズ充電モードが選択されるように制御される。図2はモータクルーズマップの一例を示すものであり、この図において太い実線で示すように、バッテリー8のSOCが下限SOC(以下、SOC1とする)から予め設定された許可車速変更SOC(以下、SOC2とする)の間は、モータ走行許可車速は初期値V1(例えば、50km/h)で一定に設定されており、バッテリー8のSOCがSOC2以上になるとモータ走行許可車速はSOCの増加にしたがって漸次大きくなるように設定されている。換言すると、バッテリー8のSOCがSOC2(所定値)以上の場合にモータ走行許可車速を引き上げるように設定されている。
【0018】
なお、以下の説明の都合上、モータ走行許可車速の可変域(すなわち、SOC2以上の領域)におけるモータ走行許可車速に対応するSOCを車速設定SOCと称す。図2において太い破線で示すように、車速設定SOCはSOCが下がる方向に所定の大きさのヒステリシスを有している。ヒステリシスの大きさについては後で詳述する。
また、このモータクルーズマップにおいては、SOCと車速に応じてモータ走行許可時間(電動機走行許可時間)が予め設定されている。例えば、SOCが100%で車速V2ではモータ走行許可時間が2秒に設定され、SOCがSOC2で車速V1ではモータ走行許可時間が25秒に設定されている(V2>V1)。ここで、モータ走行許可時間とは、1回のモータクルーズで許可される連続走行時間をいう。
【0019】
次に、クルーズ制御を図3のフローチャートを参照して説明する。
クルーズモードに入ると、まず、ステップS101において、車速センサ13により検出された現在の車速がモータ走行許可車速よりも大きいか否かを判定する。なお、この制御ルーチンの初回実行時にはモータ走行許可車速が初期値V1に設定されているものとする。
ステップS101における判定結果が「NO」(車速≦V1)である場合は、ステップS102に進み、図2に示すモータクルーズマップを参照して、車速センサ13で検出された現在の車速と残容量検出手段12で検出された現在のSOCに基づいてモータ走行許可時間を求め、該モータ走行許可時間だけモータクルーズを行い、本ルーチンの実行を一旦終了する。
【0020】
一方、ステップS101における判定結果が「YES」(車速>V1)である場合は、ステップS103に進み、モータ走行許可車速を引き上げる。
次に、ステップS104に進み、残容量検出手段12で検出されたSOCが、車速センサ13で検出された現在の車速Vnをモータ走行許可車速とした場合の車速設定SOC(SOCn)よりも大きいか否かを判定する。
ステップS104における判定結果が「NO」(SOC≦SOCn)である場合は、ステップS105に進み、クルーズ充電を行う。つまり、この場合には、バッテリー8のSOCにモータクルーズを行うだけの余裕がないと判断して、クルーズ充電モードとするのである。
【0021】
一方、ステップS104における判定結果が「YES」(SOC>SOCn)である場合は、ステップS106に進み、図2に示すモータクルーズマップを参照して、車速センサ13で検出された現在の車速と残容量検出手段12で検出された現在のSOCに基づいてモータ走行許可時間を求め、該モータ走行許可時間だけモータクルーズを行う。
そして、ステップS105あるいはステップS106の処理を実行した後、ステップS107に進み、ステップS103において引き上げたモータ走行許可車速を初期値V1に戻し、本ルーチンの実行を一旦終了する。したがって、この制御ルーチンにおいてステップS101の処理を実行する時には常に、モータ走行許可車速は初期値V1となる。
なお、ステップS104の処理は、車速センサ13で検出された現在の車速が、残容量検出手段12で検出された現在のSOCを車速設定SOCとした場合のモータ走行許可車速よりも大きいか否かを判定する処理に替えることができる。このようにした場合も、判定結果が「NO」である場合は前記ステップS105に進み、判定結果が「YES」である場合は前記ステップS106に進む。
【0022】
なお、ステップS106の処理を実行すると、モータ・ジェネレータ3を駆動するためにバッテリー8の電気エネルギーが消費されるので、バッテリー8のSOCが徐々に減少していく。そして、バッテリー8のSOCが車速設定SOCのヒステリシス(SOCn’)よりも減少した時に、モータクルーズモードからクルーズ充電モードに移行する。このように、車速設定SOCにヒステリシスを設けたことにより、一度モータクルーズに入ると、バッテリー8のSOCを少なくとも前記ヒステリシス分だけは確実に減少させることができるようになり、また、モータクルーズとクルーズ充電のハンチングを防止することができる。
また、電動機走行許可時間は、1回のモータクルーズによってバッテリー8のSOCを車速設定SOCのヒステリシスよりも減少できるように設定されている。
【0023】
図4および図5は、バッテリー8のSOCと車速の時間的変化の様子を示したタイミングチャートであり、図4はこの実施の形態の例であり、図5は比較例であって、いずれも車速100km/h(>V1)から一定減速度で回生する場合を示している。
初めに、図5の比較例から説明すると、この比較例はバッテリー8のSOCの大きさにかかわらずモータ走行許可車速をV1で一定とした場合であり、時間t0から時間t11まではモータクルーズ運転を行い、時間t11から時間t12まではモータアシストによる加速運転を行い、時間t12から時間t13まで100km/hでクルーズ充電運転を行い、時間13から減速回生運転を行っている。この比較例のようにすると、バッテリー8のSOCが増加してきてもクルーズ充電を続ける結果、減速回生の途中(時間t14)でバッテリー8のSOCが上限値に達してしまい、それ以上の充電を防止すべく回生が制限される。その結果、回生が制限された時間t14以後はブレーキを作動させて減速せざるを得ず、回収可能なエネルギーをブレーキによる熱で捨てることとなり、回収エネルギーが減少し、結果的に燃費が悪化する。
【0024】
これに対して、図4に示すこの実施の形態の場合には、時間t0からクルーズ充電の途中の時間t3までは比較例の場合と同じであるが、クルーズ充電によって増加していくSOCが時間t3において車速設定SOCに達すると、クルーズ充電からモータクルーズに移行し、モータ走行許可時間だけ100km/hでのモータクルーズを行い、バッテリー8のSOCを減少させる。そして、時間t4でモータクルーズを終了する。この時のSOCの減少量ΔSOCは、予め車速と減速度から回生で取りきれる容量に基づいて予め設定しておく。モータクルーズマップにおいて設定されているモータ走行許可時間は、このSOCの減少量ΔSOCとモータクルーズに必要な電力に基づいて予め算出したものである。
【0025】
このように設定することにより、モータクルーズで消費されるエネルギーは車速と電動機走行許可時間から決まるので、モータクルーズ後のバッテリー8のSOCを予め設定することができることとなる。そして、モータクルーズ後のバッテリー8のSOCを、回生で取りきれる容量分だけ満充電よりも小さく設定しておくと、時間t4から減速回生を行った時に、車速がゼロ近くなるまで減速回生を続行することができ、バッテリー8のSOCを100%近くまで充電することができる。
【0026】
したがって、この実施の形態によれば、バッテリー8のSOCがSOC2以上の場合にモータ走行許可車速を引き上げるように制御しているので、モータクルーズ領域を拡大することができ、予測される回生量を減少させることなくエネルギー回収を行うことができ、燃費が向上する。また、回生量の絞り制御が不要になり、回生動作時に車両の減速度が変化するのを防止することができて、運転者に違和感を感じさせないようにすることができる。
また、モータクルーズモードでは休筒制御を行っているので、モータクルーズ時におけるエンジン2のポンピングロスが低減され、エンジン抵抗を低減することができるので、燃費が向上する。
また、バッテリー8のSOCがSOC2以上の場合に、モータ走行許可車速を、バッテリー8のSOCが大きくなるにしたがって漸次大きく設定しているので、SOCが小さい時に高車速でモータクルーズが行われてSOCが過度に減少するのを防止することができる。
【0027】
次に、この発明に関連する技術について、図6および図7の図面を参照して説明する。ハイブリッド車両の動力伝達系の概略構成については、前述した実施の形態と同じであるので、図1を援用して説明を省略する。
この関連技術では、減速回生時におけるバッテリー8のSOCの大きさに応じてエンジン抵抗を制御することにより、減速回生時に車両の減速度が変化するのを抑制する。
【0028】
以下、この減速回生制御について図6に示すフローチャートを参照して説明する。
減速回生モードに入ると、まず、ステップS201において、残容量検出手段12で検出されたSOCが、予め設定された休筒禁止SOCよりも大きいか否かを判定する。ステップS201における判定結果が「NO」(SOC≦休筒禁止SOC)である場合は、ステップS202に進み、吸排気制御装置10によりエンジン2の全気筒の吸排気バルブを全閉にする休筒制御を実行し、且つ、燃料噴射・点火制御装置11によりエンジン2の全気筒の燃料供給を停止するF/C制御を実行するとともに、PDU7によりモータ・ジェネレータ3の回生出力を大きく設定した強回生制御を実行して、本ルーチンの実行を一旦終了する。
【0029】
一方、ステップS201における判定結果が「YES」(SOC>休筒禁止SOC)である場合は、ステップS203に進み、吸排気制御装置10による休筒制御を禁止し、燃料噴射・点火制御装置11によるF/C制御のみ実行する。
次に、ステップS204に進み、PDU7により、モータ・ジェネレータ3の回生出力を強回生制御の時よりも小さく設定した弱回生制御を実行して、本ルーチンの実行を一旦終了する。
【0030】
次に、この減速回生制御の作用を、図7に示す減速回生時のタイミングチャートを参照して説明する。
残容量検出手段12で検出されたSOCが休筒禁止SOC以下の場合にはモータ・ジェネレータ3による強回生が実行され、バッテリー8のSOCが徐々に増大していく。この強回生時には休筒制御を実行しているので、エンジン2のポンピングロスが低減し、その分、回生エネルギーを増大させることができる。
そして、SOCが休筒禁止SOCに達すると、モータ・ジェネレータ3による弱回生が実行されて回生出力が弱められる。したがって、強回生の時よりもSOCが増大する速度を遅くすることができる。
【0031】
また、この弱回生時に休筒制御が禁止されるので、エンジンのポンピングロスが増大する。そして、休筒禁止によるエンジン抵抗の増加分を回生出力(回生量)の減少により相殺することができるので、弱回生時における車両の減速度を強回生時における減速度と同じにすることができ、減速度が変化するのを防止することができて、運転者に違和感を感じさせないようにすることができる。
なお、弱回生時にバッテリー8のSOCが増加するにしたがって回生出力(回生量)を漸次減少するように制御してもよい。このようにすると、弱回生時におけるSOCの増大速度をさらに遅くすることができる。
【0032】
【発明の効果】
以上説明するように、請求項1に記載した発明によれば、電動機走行領域を拡大することができ、予測される回生量を減少させることなくエネルギー回収を行うことができるので、回生量の絞り制御が不要になって回生動作時に車両の減速度が変化するのを防止することができるとともに、燃費向上を図ることができるという優れた効果が奏される。また、電動機走行で消費されるエネルギーは車速と電動機走行許可時間から決定することができるので、電動機走行を実行した後のエネルギー貯蔵手段の残容量を予め設定することができる。
請求項2に記載した発明によれば、電動機走行時におけるエンジンのポンピングロスが低減され、エンジン抵抗を低減することができるので、燃費が向上するという効果がある。
請求項3に記載した発明によれば、エネルギー貯蔵手段の残容量が小さい時に高車速での電動機走行が行われてエネルギー貯蔵手段の残容量が過度に減少するのを防止することができるという効果がある。
【0033】
請求項4に記載した発明によれば、残容量が減少した時に電動機走行許可車速を引き上げ前の初期値に戻すことができる。
請求項5に記載した発明によれば、引き上げられた電動機走行許可車速に基づいて電動機走行モードが選択された場合に、前記エネルギー貯蔵手段の残容量を少なくとも前記ヒステリシス分減少させることができるので、エネルギー貯蔵手段の残容量を確実に減少させることができるという効果がある。また、電動機走行モードに入ったり該モードから出たりするハンチングを防止することもできる。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明に係る制御装置を備えたハイブリッド車両の動力伝達系の概略構成図である。
【図2】この発明に係るハイブリッド車両の制御装置の実施の形態に使用されるモータクルーズマップの一例を示す図である。
【図3】前記実施の形態におけるクルーズ制御を示すフローチャートである。
【図4】前記実施の形態においてクルーズモードから減速回生モードに移行する時のタイミングチャートである。
【図5】前記実施の形態に対する比較例におけるタイミングチャートである。
【図6】この発明に関連する技術における減速回生制御を示すフローチャートである。
【図7】前記関連技術の減速回生時のタイミングチャートである。
【図8】従来のハイブリッド車両における減速回生時のタイミングチャートである。
【符号の説明】
2 エンジン
3 モータ・ジェネレータ(電動機)
5 出力軸
8 バッテリー(エネルギー貯蔵手段)
10 吸排気制御装置(気筒休止手段)
12 残容量検出手段
Claims (5)
- エンジンと発電可能な電動機を動力源として備え、前記エンジンと前記電動機の少なくとも一方の動力を出力軸に伝達して車両の推進力とするハイブリッド車両の制御装置において、
前記電動機にエネルギーを供給可能なエネルギー貯蔵手段と、
前記エネルギー貯蔵手段の残容量を検出する残容量検出手段と、
車速が予め設定された電動機走行許可車速以下の時に前記エンジンを停止した状態で前記電動機のみによる動力で走行する電動機走行モードとを備え、
前記残容量検出手段により検出した残容量が所定値以上の場合に前記電動機走行許可車速を引き上げるように制御し、前記電動機走行許可車速を引き上げた際の電動機走行許可時間が、車速と前記エネルギー貯蔵手段の残容量に応じて予め設定されていることを特徴とするハイブリッド車両の制御装置。 - 前記電動機走行モードにおける前記エンジンの停止状態では、前記エンジンの少なくとも一部の気筒を吸気バルブおよび排気バルブを閉止して気筒休止することを特徴とする請求項1に記載のハイブリッド車両の制御装置。
- 前記引き上げられる前記電動機走行許可車速は、前記エネルギー貯蔵手段の残容量が大きくなるにしたがって漸次大きく設定されることを特徴とする請求項1または請求項2に記載のハイブリッド車両の制御装置。
- 前記残容量検出手段により検出される残容量が前記引き上げ後の電動機走行許可車速に対応する残容量よりも減少した場合に、電動機走行許可車速を引き上げ前の電動機走行許可車速に引き下げるように制御することを特徴とする請求項3に記載のハイブリッド車両の制御装置。
- 前記引き上げ後の電動機走行許可車速に対応する前記残容量は、電動機走行許可車速に応じて設定されたヒステリシスを有することを特徴とする請求項4に記載のハイブリッド車両の制御装置。
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