JP3578945B2 - ハイブリッド車両の発電制御装置 - 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発電制御装置に係るものであり、特に、エンジンのアイドル回転時における発電量を制御するハイブリッド車両の発電制御装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来から、走行用の動力源としてエンジンの他にモータを備えたハイブリッド車両が知られている。ハイブリッド車両にはシリーズハイブリッド車とパラレルハイブリッド車がある。シリーズハイブリッド車はエンジンによって駆動される発電機の発電出力等を用いてモータを駆動し、モータによって車輪を駆動する車両である。
したがって、エンジンと車輪が機械的に連結されていないため、エンジンを高燃費低エミッションの回転数領域にてほぼ一定回転で運転することができ、従来のエンジン車両に比べ良好な燃費及び低いエミッションを実現できる。
【0003】
これに対しパラレルハイブリッド車は、エンジンに連結されたモータによってエンジンの駆動軸を駆動補助すると共に、このモータを発電機として使用して得られた電気エネルギーを蓄電装置に充電し、さらにこの発電された電気エネルギーは車両内の電装品にも用いられる。
したがって、エンジンと車輪が機械的に連結されているにも関わらず、エンジンの運転負荷を軽減できるため、やはり従来のエンジン車に比べ良好な燃費及び低エミッションを実現できる。
【0004】
上記パラレルハイブリッド車には、エンジンの出力軸にエンジンの出力を補助するモータが直結され、このモータが減速時等に発電機として機能してバッテリ等に蓄電をするタイプや、エンジンとモータのいずれか、あるいは、双方で駆動力を発生することができ発電機を別に備えたタイプのもの等がある。
このようなハイブリッド車両にあっては、例えば、加速時においてはモータによってエンジンの出力を補助し、減速時においては減速回生によってバッテリ等への充電を行なう等様々な制御を行い、バッテリの電気エネルギー(以下、バッテリ残容量という)を確保して運転者の要求に対応できるようになっている(例えば、特開平7−123509号公報に示されている)。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、前述したパラレルハイブリッド車両は、補助駆動力が必要ないときにモータの回生動作により発電された回生エネルギーを蓄電する動作を行うが、この動作は減速回生の際だけではなくエンジンがアイドル回転時においてもエンジンと共にモータも回転するためモータが発電機として機能する。
【0006】
しかしながら、エンジンがアイドル回転時である時には、モータによる発電の負荷、オートマチックトランスミッションのクリープ状態の時の負荷、エアコンディショナー動作時の負荷等による負荷トルクが、このエンジンの発生するトルクを上回るとエンジンストールを起こしてしまうという問題がある。特に、高地においては、吸気圧が低下するため、この現象は発生しやすくなる。さらに、これを解決するために、エンジンのアイドル回転数を上昇させると燃費が悪化するという問題もある。
【0007】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、アイドル回転時における負荷に応じてモータの発電負荷トルクを制御するハイブリッド車両の発電制御装置を提供するものである。
【0008】
【課題を解決するための手段】
請求項1に記載の発明は、車両の推進力を出力するエンジン(例えば、実施形態におけるエンジンE)と、エンジンの出力を補助する補助駆動力を発生するモータ(例えば、実施形態におけるモータM)と、該モータに電力を供給すると共に補助駆動力が必要ないときにモータを発電機として作動させ得られた電気エネルギー及びモータの回生作動により発電された回生エネルギーを蓄電する蓄電装置(例えば、実施形態におけるバッテリ3)とを備えたハイブリッド車両の発電制御装置であって、前記蓄電装置は前記モータへ電力供給を行う高圧系のバッテリと各種補機類へ電力供給を行う前記高圧系のバッテリよりも低い補助バッテリにより構成され、前記発電制御装置は、前記エンジンのアイドル回転時に前記車両において使用される電力を発電するために必要な前記エンジンの負荷トルクを算出する負荷トルク算出手段(例えば、実施形態におけるステップS9)と、前記エンジンのアイドル回転時において発生可能なトルクを算出する発生可能トルク算出手段(例えば、実施形態におけるステップS10)と、前記負荷トルク算出手段及び発生可能トルク算出手段により算出された負荷トルク及び発生可能トルクとに基づいて前モータの発電負荷トルクの制限値を決定する発電負荷トルク決定手段(例えば、実施形態におけるステップS11、S12、S13)とを備え、前記エンジンのアイドル回転時に前記高圧系のバッテリの残容量が所定値以上のときは前記高圧系のバッテリの充電を停止し、かつ、前記発生可能トルク算出手段により算出されたトルクが前記負荷トルク算出手段により算出されたトルクに満たないとき、前記発電負荷トルク決定手段によって決定された制限値をモータの発電負荷トルクとし、かつ、不足分の電力は前記高圧系のバッテリからダウンバータを介して補機類へ電力供給する手段とを備えたことを特徴とする。
【0009】
請求項1に記載の発明によれば、モータの発電量が減少した場合に、モータ駆動用のバッテリを使用して12V系の電力を供給するようにしたため、エンジンの発生可能なトルクが減少した場合であってもエンジンのアイドル回転数を上昇させる必要がなく、燃費を悪化させることを防止することができるという効果が得られる。
また、請求項2に記載の発明は、前記発生可能トルク算出手段は、前記アイドル回転時における発生可能トルクを、前記エンジンの吸気管内の気圧に基づいて算出することを特徴とする。
【0010】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施形態を図面と共に説明する。
図1はパラレルハイブリッド車両において適用した実施形態を示しており、エンジンE及びモータMの両方の駆動力は、オートマチックトランスミッションあるいはマニュアルトランスミッションよりなるトランスミッションTを介して駆動輪Wfに伝達される。ここでは、トランスミッションTはCVT(Continuously Variable Transmission:無段変速機)が用いられているものとする。また、ハイブリッド車両の減速時に駆動輪Wf側からモータM側に駆動力が伝達されると、モータM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する。
【0011】
モータMの駆動および回生作動は、モータECU1からの制御指令を受けてパワードライブユニット2により行われる。パワードライブユニット2にはモータMと電気エネルギーの授受を行う高圧系のバッテリ3が接続されており、バッテリ3は、例えば、複数のセルを直列に接続したモジュールを1単位とし、更に複数個のモジュールを直列に接続したものである。ハイブリッド車両には各種補機類を駆動するための12ボルトの補助バッテリ4が搭載されており、この補助バッテリ4はバッテリ3にダウンバータ5を介して接続される。FIECU11により制御されるダウンバータ5は、バッテリ3の電圧を降圧して補助バッテリ4を充電する。
【0012】
FIECU11は、前記モータECU1および前記ダウンバータ5に加えて、エンジンEへの燃料供給量を制御する燃料供給量制御手段6の作動と、スタータモータ7の作動の他点火時期等の制御を行う。そのために、FIECU11には、トランスミッションTの出力軸の回転数に基づいて車速Vを検出する車速センサS1からの信号と、エンジン回転数NEを検出するエンジン回転数センサS2からの信号と、トランスミッションTのシフトポジションを検出するシフトポジションセンサS3からの信号と、ブレーキペダル8の操作を検出するブレーキスイッチS4からの信号と、クラッチペダル9の操作を検出するクラッチスイッチS5からの信号と、スロットル開度THを検出するスロットル開度センサS6からの信号と、吸気管負圧PBを検出する吸気管負圧センサS7からの信号とが入力される。
【0013】
なお、図1中、21はCVT制御用のCVTECUを示し、31はバッテリ3を保護し、バッテリ3の残容量を算出するバッテリECUを示す。
このハイブリッド車両の制御モードには、例えば「アイドルモード」、「減速モード」、「加速モード」および「クルーズモード」の各モードがある。
【0014】
<モータ動作モード判別>
次に、図4のフローチャートに基づいて前記4種類のモードを決定するモータ動作モード判別について説明する。
まず、ステップS22において、アシストトリガ判定が行われる。アシストトリガ判定とはモータMによるエンジンEの出力補助を行うか否かを判定するものであり、現時点の車両の運転状況に応じて判定が行われる。このアシストトリガ判定の結果に基づいて後述するステップS27のモータアシスト判定フラグF_MASTの値が決定される。
【0015】
次に、ステップS23においてスロットル全閉判定フラグF_THIDLMGによりスロットルが全閉か否かを判定する。
ステップS23でスロットル全閉フラグF_THIDLMGが「0」、すなわち、スロットルバルブが全閉状態にあり、かつ、ステップS24で車速センサS1により検出した車速Vが0、すなわち、車両が停止状態にあれば、ステップS25で「アイドルモード」が選択され、燃料カットに続く燃料供給の再開が実行されてエンジンEがアイドル運転状態に維持される。
【0016】
ステップS23でスロットル全閉フラグF_THIDLMGが「0」、すなわち、スロットルバルブが全閉状態にあり、ステップS24で車速センサS1により検出した車速Vが0でなければ、ステップS26で「減速モード」が選択されモータMによる回生制動が実行される。
ステップS23でスロットル全閉フラグF_THIDLMGが「1」、すなわち、スロットルバルブが開いていれば、ステップS27に移行し、「加速モード」および「クルーズモード」を判別するためのモータアシスト判定フラグF_MASTにより判定がなされる。
【0017】
そして、ステップS27でモータアシスト判定フラグF_MASTが「1」であればステップS28で「加速モード」が選択され、モータMの駆動力でエンジンEの駆動力がアシストされる。また、ステップS27でモータアシスト判定フラグF_MASTが「0」であればステップS29で「クルーズモード」が選択され、モータMは駆動せず車両はエンジンEの駆動力で走行する。このようにして、ステップS30で各モードに対応するモータ動作出力がなされる。
【0018】
「アイドルモード」
次に、図4に示すステップS25の「アイドルモード」について図5を参照して説明する。
図5はアイドルモードにおけるバッテリ3の充電量を制御するフローチャートを示している。図5のステップS100〜S109の処理は、一定間隔で繰り返し実行される。この実行間隔は、各ステップにおいて、ステップS100〜S109の処理に要する時間などから決定される時間である。
【0019】
まず、ステップS100において、アイドルモードであるか否かが判定される。アイドルモードであると判定された場合にはステップS102に進む。ステップS100においてアイドルモードではないと判定された場合には、ステップS101において発電量REGENに「0」がセットされ、ステップS102に進む。
【0020】
次に、ステップS102においてバッテリ残容量が所定値1より大きいか否かを判定する。この判定によって、バッテリ残容量がモータMによるエンジンEの出力補助を行える領域であるか、すなわちバッテリの容量が十分に残っているか否かが判定される。ここで十分な容量とは、例えばバッテリ残容量が40%以上であることであり、この40%がステップS102における所定値1である。この判定の結果、十分に容量が残っている場合には後述するステップS107のアイドル充電量減算モードに入る。
なお、バッテリ残容量は、バッテリECU31においてバッテリ3の電圧、充放電電流、バッテリ温度等から算出される値である。
【0021】
次に、ステップS102においてバッテリ残容量が十分な領域でなかった場合、ステップS103において、バッテリ残容量が所定値2より小さいか否かを判定する。この判定によって、これ以上使用するとモータMによるエンジンEの出力補助が行えなくなる領域であるか、すなわち過放電領域であるか否かが判定される。ここで、過放電領域とは、例えばバッテリ残容量が20%以下であることであり、この20%がステップS103における所定値2である。この判定の結果、過放電状態である場合には後述するステップS104のアイドル充電モードに入る。
【0022】
次に、ステップS103において過放電状態でないと判定された場合、ステップS105において、バッテリ残容量と、ステップS102の所定値1(ここでは40%)の上下に幅を持たせて設定されたヒステリシス値のうちの低判定値#QBATIDLLとが比較される。ここでバッテリ残容量が低判定値#QBATIDLLよりも小さいと判定された場合には後述するステップS104のアイドル充電モードに進む。
【0023】
一方、バッテリ残容量が低判定値#QBATIDLL以上と判定された場合にはステップS106に進み、ここで、上記ヒステリシス値のうちの高判定値#QBATIDLHとが比較される。
このように所定値1(ここでは、残容量40%)の上下に幅を持たせてヒステリシスを設けることで、所定値1の境界部分におけるハンチングを防止している。
【0024】
次に、ステップS106においてバッテリ残容量が高判定値#QBATIDLHよりも小さいと判定された場合にはステップS108に進む。
したがって、低判定値#QBATIDLL≦バッテリ残容量<高判定値#QBATIDLHである場合にはステップS104、ステップS107は経由しないので、前回のモードがそのまま継続される。
一方、バッテリ残容量が高判定値#QBATIDLH以上と判定された場合には後述するステップS107のアイドル充電量減算モードに進む。
【0025】
ここで、ステップS104のアイドル充電モード及びステップS107のアイドル充電量減算モードについて簡単に説明する。
アイドル充電モードは、エンジンEのアイドル回転時において、モータMによって発電された電力をバッテリ3へ充電するモードである。このモードは、バッテリ残容量が、過放電領域であると判定された場合のみに動作するモードであり、早期にバッテリ残容量を回復するためのものである。
【0026】
一方、アイドル充電量減算モードは、エンジンEのアイドル回転時において、モータMによって発電された電力を12V系の供給のみに使用して、バッテリ3への充電を停止するモードである。このモードは、バッテリ残容量が、十分であると判定された場合に動作するモードであり、車両が停止している場合に充電だけが行われてバッテリ3が過充電状態になることを防止するためのものである。
【0027】
次に、ステップS107のアイドル充電量減算モード、および、ステップS104のアイドル充電モードの処理を行った後に、ステップS108において12V系の消費電力に相当する電力をモータMにより発電し、その電力を補助バッテリ4へ供給する。そして、ステップS109において、アシスト量ASTPWRに「0」をセットしリターンする。
【0028】
このように、バッテリ残容量に応じて、モータMによって発電された電力をバッテリ3へ充電するか否かを決定して、その結果に基づいてモータMの発電量が制御される。
【0029】
次に、図5に示すステップS108において、12V系の電力をモータMの発電によって供給する場合に、エンジンEの状態に応じてモータMの発電量を制御する処理について説明する。図2は、モータMの発電負荷トルクの制限値をエンジンEの状態に応じて制御する動作を示すフローチャートである。図2のステップS1〜S13の処理は、一定間隔で繰り返し実行される。この実行間隔は、各ステップにおいて、負荷トルクなどの算出や制限値のセットに要する時間などから決定される時間であり、ここでは、10[ms]とする。
【0030】
まず、ステップS1において、シフトポジションセンサS3の出力を参照して、現時点においてインギア状態であるか否かを判定する。ここでいうインギアとは、CVTのシフトポジションがN(ニュートラル)ポジション及びP(パーキング)ポジション以外のシフトポジションの状態であることをいう。この判定の結果、インギアでなければステップS3に進む。また、トランスミッションTがマニュアルトランスミッションである場合は、無条件にステップS3へ進む。
【0031】
次に、現時点においてインギア状態でない場合は、トランスミッションTによるエンジンEへの負荷は、無負荷となるため、変数TCRPに「0」を代入する(ステップS3)。
【0032】
一方、インギア状態である場合は、ステップS2において、現時点の状態が強クリープ状態であるか否かを判定する。ここでいうクリープとは、オートマチックトランスミッションにおいて、シフトポジションがN、Pポジション以外である場合に、アクセルペダルを踏まなくても車両がゆっくり動く状態のことである。このクリープの強弱は、CVTECU21によって制御され、例えば登坂路において車両が強クリープなるように制御されたり、平坦路においては弱クリープになるように制御されたりする。ここでは、このクリープが強い状態であるか、弱い状態であるかを判定する。この判定の結果、強いクリープ状態であれば、ステップS4へ進み、変数TCRPに、強クリープ状態におけるエンジンEのトルク負荷の値TSCRPを代入する。
【0033】
また判定の結果、弱いクリープ状態であれば、ステップS5へ進み、変数TCRPに、弱クリープ状態におけるエンジンEのトルク負荷の値TWCRPを代入する。
【0034】
次に、変数TCRPに値がセットされると、ステップS6において、現時点において、エアコンディショナー(以下、エアコンと称する)がONの状態であるか否かを判定する。この判定の結果、エアコンがOFF状態であれば、ステップS7へ進み、変数TACに「0」を代入する。一方、エアコンがON状態であれば、ステップS8へ進み、変数TACに、エアコンクラッチがON状態であるときのエンジンEのトルク負荷の値TACTRを代入する。
【0035】
次に、ステップS9において、現時点におけるエンジンEのトルク負荷TLOADを算出する。このトルク負荷TLOADは、モータMによる発電負荷トルクACTTRQFと、先に求めたトランスミッションによるトルク負荷TCRP及びエアコンによるトルク負荷TACとをそれぞれ加算することによって求める。この発電負荷トルクACTTRQFは、車両内において用いられる電装品が必要としている電力に応じて増減する値であり、この発電負荷トルクACTTRQFに相当する電力がモータMによって発電されて12V系へ供給される。
【0036】
次に、ステップS10において、現時点のエンジンEの発生可能トルクのしきい値TELMTをしきい値テーブルを検索して取得する。このしきい値TELMTのテーブルは、図3に示すように、エンジンEの吸気管内の気圧とエンジンEがアイドル回転時に発生可能なトルクのしきい値TELMTとの関係が定義されたテーブルである。発生可能なトルクのしきい値TELMTは、気圧760[mmHg](標高0mに相当する気圧)より高い気圧の時に1.5[kgf・m]となり、気圧が低くなるにしたがって、しきい値TELMTも比例して低くなり、気圧が600[mmHg](標高2000mに相当する気圧)の時に1.0[Kgf・m]となる。なお、吸気管内の気圧は、吸気管負圧センサS7の出力に基づいて算出される値である。
【0037】
また、ここでいう発生可能トルクとは、エンジンEの性能から予め決まる値であり、この発生可能トルク値と同じ値の負荷トルクをエンジンEに対してかけたときに、エンジンストールが発生せずにアイドル回転を維持できるトルクのことである。
【0038】
次に、ステップS11において、先にステップS10の処理によって取得した発生可能トルクしきい値TELMTと先にステップS9の処理によって算出したトルク負荷TLOADとを比較する。この比較の結果、現時点において必要としているトルク負荷TLOADが発生可能トルクしきい値TELMTより大きい値でなければ、ステップS12において、モータMの発電負荷トルクリミットTACTLMTに発電負荷トルクリミットの最大値LMTMAXを代入して処理を終了する。一方、トルク負荷TLOADが発電負荷トルクリミットしきい値TELMTより大きい値であった場合は、ステップS13において、発電負荷トルクリミット最大値LMTMAXから、トルク負荷TLOADと発生可能トルクしきい値TELMTとの差を減算(LMTMAX−(TLOAD−TELMT))した結果をモータMの発電負荷トルクリミットTACTLMTに代入して終了する。
【0039】
モータMにおいては、前述した図2に示すステップS12またはステップS13の処理によって得られた発電負荷トルクリミットTACTLMTに応じて、モータMの発電負荷トルクのリミットが決められ、このリミットを超える発電は行われない。したがって、現時点におけるエンジンEの発生可能トルクを負荷のトルクが上回ることはない。しかし、このままでは、車両内で必要としている電力を供給することができないため、足りない電力は、バッテリ3からダウンバータ5を介して供給される。そして、このバッテリ3において消費された電力は、車両がクルーズモードまたは減速モードになった時の充電によって補われる。
【0040】
このように、エンジンEの吸気管内の気圧の変化に応じて発生可能なトルクが減少した場合に、この変化量に基づいて、モータMに課する発電負荷トルクを減少させるようにしたため、エンジンEがストールすることを防止することができる。また、モータMの発電量が減少した場合に、バッテリ3を使用するようにして、発生可能なトルクが減少した場合であってもエンジンEのアイドル回転数を上昇させる必要がないため、燃費を悪化させることを防止することができる。
【0041】
なお、前述した説明では、トルク負荷TLOADを発電負荷トルクACTTRQFと、トランスミッションTによるトルク負荷TCRP及びエアコンによるトルク負荷TACとを加算によって求めたが、これらの他にエンジンEに対するトルク負荷がある場合は、そのトルク負荷をトルク負荷TLOADに更に加算するようにしてもよい。すなわち、図4のステップS9においては、アイドル回転時におけるエンジンEのトルク負荷の合計をトルク負荷TLOADとすればよい。
【0042】
また、図3に示すしきい値は、気圧が760〜600[mmHg]の間において、徐々に低い値になるようにしてあるが、1つのしきい値(例えば、600[mmHg])より低い気圧であるか否かのみを判定して、このしきい値より低い気圧の場合に、無条件に発電負荷トルクを通常の値より低い値に設定するようにしてもよい。このようにすることで、しきい値テーブルを持つ必要がなくなり、さらに判定処理を簡単にすることができる。
【0043】
【発明の効果】
以上説明してきたように、請求項1に記載した発明によれば、エンジンの吸気管内の気圧の変化に応じて発生可能なトルクが減少した場合に、この変化量に応じて、モータに課する発電負荷トルクを減少させるようにしたため、エンジンがストールすることを防止することができるという効果が得られる。また、モータの発電量が減少した場合に、モータ駆動用のバッテリを使用して12V系の電力を供給するようにしたため、エンジンの発生可能なトルクが減少した場合であってもエンジンのアイドル回転数を上昇させる必要がなく、燃費を悪化させることを防止することができるという効果も得られる。
【図面の簡単な説明】
【図1】ハイブリッド車両の全体構成図である。
【図2】モータMの発電負荷トルクの制限値をエンジンEの状態に応じて制御する動作を示すフローチャートである。
【図3】エンジンEの発生可能トルクと気圧の関係を示す説明図である。
【図4】モータ動作モード判定を示すフローチャート図である。
【図5】アイドルモードのフローチャート図である。
【符号の説明】
3 バッテリ(蓄電装置)
E エンジン
M モータ
ステップS9 負荷トルク算出手段
ステップS10 発生可能トルク算出手段
ステップS11、S12、S13 発電負荷トルク決定手段
Claims (2)
- 車両の推進力を出力するエンジンと、エンジンの出力を補助する補助駆動力を発生するモータと、該モータに電力を供給すると共に補助駆動力が必要ないときにモータを発電機として作動させ得られた電気エネルギー及びモータの回生作動により発電された回生エネルギーを蓄電する蓄電装置とを備えたハイブリッド車両の発電制御装置であって、
前記蓄電装置は前記モータへ電力供給を行う高圧系のバッテリと各種補機類へ電力供給を行う前記高圧系のバッテリよりも低い補助バッテリにより構成され、
前記発電制御装置は、
前記エンジンのアイドル回転時に前記車両において使用される電力を発電するために必要な前記エンジンの負荷トルクを算出する負荷トルク算出手段と、
前記エンジンのアイドル回転時において発生可能なトルクを算出する発生可能トルク算出手段と、
前記負荷トルク算出手段及び発生可能トルク算出手段により算出された負荷トルク及び発生可能トルクとに基づいて前記モータの発電負荷トルクの制限値を決定する発電負荷トルク決定手段とを備え、
前記エンジンのアイドル回転時に前記高圧系のバッテリの残容量が所定値以上のときは前記高圧系のバッテリの充電を停止し、かつ、前記発生可能トルク算出手段により算出されたトルクが前記負荷トルク算出手段により算出されたトルクに満たないとき、前記発電負荷トルク決定手段によって決定された制限値をモータの発電負荷トルクとし、かつ、不足分の電力は前記高圧系のバッテリからダウンバータを介して補機類へ電力供給する手段と
を備えたことを特徴とするハイブリッド車両の発電制御装置。 - 前記発生可能トルク算出手段は、前記アイドル回転時における発生可能トルクを、前記エンジンの吸気管内の気圧に基づいて算出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発電制御装置。
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