JP3852604B2

JP3852604B2 - ハイブリッド車両およびこれが備えるエンジンの始動制御方法

Info

Publication number: JP3852604B2
Application number: JP2003134133A
Authority: JP
Inventors: 友和山内; 正一佐々木; 誠志中村
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2003-05-13
Filing date: 2003-05-13
Publication date: 2006-12-06
Anticipated expiration: 2023-05-13
Also published as: JP2004339943A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ハイブリッド車両およびこれが備えるエンジンの始動制御方法に関する。
【０００２】
【従来技術】
車両の駆動力源としてエンジンとモータジェネレータの両方を切り換えて、または併せて使用するハイブリッド車両が知られている。このハイブリッド車両は、所定条件のもと、走行中にエンジンを停止しモータジェネレータで駆動したり、必要に応じて、エンジンを再度始動させたりすることで、駆動性能を確保しつつ燃料消費率の向上を図っている。ハイブリッド車両におけるエンジンの始動は、エンジンに付設されたスタータにより行われたり、モータジェネレータがスタータの代替機能を果したりする。
【０００３】
ところで、ハイブリッド車両におけるエンジンの始動において、エンジンを始動することに伴う駆動トルクの低下やそれに伴うドライバビリティの悪化を防止することを目的として、アクセルオンのとき、つまりドライバによる要求トルクが大きいときは、モータジェネレータとスタータを併用してエンジンを始動し、アクセルオフのとき、つまりドライバによる要求トルクが小さいときは、モータジェネレータのみでエンジンを始動する技術が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
【特許文献１】
特開２０００−１４５４９６号公報（全文）
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
特許文献１で示されている技術では、アクセルオン、つまり要求されているトルクが大きい場合、エンジン始動のためにモータジェネレータが使用されるため、つまり車両の駆動力以外に駆動用のバッテリが使用されるため、ときとして駆動トルクが不足し、ユーザが望む加速が得られないという課題があった。
【０００６】
本発明はこうした状況に鑑みてなされたものであって、その目的は、ハイブリッド車両において、エンジン始動に伴うトルク低下の発生を抑制するエンジン始動技術を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明のハイブリッド車両は、車両の駆動力源として機能するエンジンと、前記エンジンに接続され、第１の電源から電力の供給を受けて車両の駆動力源としての機能と前記エンジンの始動に使用可能なモータと、前記エンジンに接続され、前記第１の電源とは異なる第２の電源から電力の供給を受けて前記エンジンの始動に使用可能なスタータと、前記エンジンの始動要求が発生したときに車両に対する要求トルクが判定基準トルク以下のときには前記モータを用いて前記エンジンが始動されるよう前記モータを制御し、前記エンジンの始動要求が発生したときに前記要求トルクが前記判定基準トルクより大きいときには前記スタータを用いて前記エンジンが始動されるよう前記スタータを制御する始動時制御手段と、を備えることを要旨とする。
本発明のある態様は、ハイブリッド車両のエンジン始動制御装置に関する。このエンジン始動制御装置は、車両の駆動力源としての機能と第１の電源を利用してエンジンを始動する機能とを備えたモータと、第１の電源とは別の第２の電源を利用してエンジンを始動する機能を備えたスタータとを有するハイブリッド車両のエンジン始動制御装置において、エンジンの始動要求が有ったとき、当該車両に対する要求トルクを判定する要求トルク判定手段と、要求トルクが所定値以下と判定された場合、エンジンの始動手段としてモータのみを選択し、要求トルクが所定値より大きいと判定された場合、エンジンの始動手段としてスタータのみを選択する始動装置決定手段と、を備える。また、スタータは、ベルトを介してエンジンを始動してもよい。
【０００８】
一般に、エンジンの始動は、運転者によりアクセルが踏まれ加速要求があったときや、モータの電源である電池の充電状態が低下したときなどに要求される。エンジンの始動が必要となったとき、要求トルクがそれほど大きくない場合は、モータの駆動力を利用してエンジンを始動しても、加速性に影響はでない。スタータによるエンジン始動は、モータによるエンジン始動と比較して、騒音や振動が発生しやすい傾向にある。そこで、例えば、あまり加速を要求されない場合などは、モータを利用してエンジンを始動してもよい。
【０００９】
また要求トルクが大きい場合は、一般に、静寂性に対する要求は少なく、また、エンジン始動以外の要因によって、騒音や振動が発生することがあるので、運転者が望む加速を実現するために、スタータによるエンジン始動を行う。これによって、モータは、駆動力以外にエネルギを使用することがないので、運転者が違和感を覚えるようなトルクの低下を防止できる。
【００１０】
本発明の別の態様も、ハイブリッド車両のエンジン始動制御装置に関する。このエンジン始動制御装置は、車両の駆動力源としてエンジンとモータの両方を切り換えて、または併せて使用するハイブリッド車両において、モータが利用する電力を供給する第１の電源と、当該車両の駆動力以外に利用される電力を供給する第２の電源と、エンジンの始動要求が有ったとき、当該車両に対する要求トルクを判定する要求トルク判定手段と、エンジンの始動に利用する電源として、要求トルクが所定値以下と判定された場合、第１の電源のみを選択し、要求トルクが所定値より大きいと判定された場合、第２の電源のみを選択する始動電源決定手段と、を備える。
【００１１】
また、第１の電源の温度を検出する温度検出手段を更に有してもよく、始動電源決定手段は、エンジンの始動手段を選択する際に第１の電源の温度を反映させてもよい。電源の種類によっては、出力可能な電力が温度によって変化することがある。例えば、電池などは、温度が極端に低下すると、出力が低下する。そこで、第１の電源の温度を、エンジンの始動手段の選定に反映させることで、不必要なトルク低下を招くことなく、エンジン始動が実現できる。
【００１２】
本発明の別の態様は、ハイブリッド車両のエンジン始動制御方法に関する。このエンジン始動制御方法は、車両の駆動力源としてエンジンとモータの両方を切り換えて、または併せて利用するハイブリッド車両において、エンジンを始動する際の電源として、要求トルクが所定値以下の場合には、モータに対する駆動力を供給する第１の電源のみを利用し、要求トルクが所定値より大きい場合には、当該車両の駆動力以外に利用される電力を供給する第２の電源のみを利用する。これにより、駆動力に利用されている電力が駆動力以外に利用されることがないので、エンジン始動によるトルク低下を抑制できる。
【００１３】
本発明の別の態様も、ハイブリッド車両のエンジン始動制御方法に関する。このエンジン始動制御方法は、車両の駆動力源としてエンジンとモータの両方を切り換えて、または併せて使用するハイブリッド車両において、エンジンを始動する際に、エンジン始動の電源として、要求トルクが大きい場合には、エンジン始動要求があった時点における車両走行に寄与しない電源を用いる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
本実施の形態のエンジン始動制御では、車両がモータ駆動による走行中に、エンジンを始動させる必要が生じた際、エンジン始動のためにモータジェネレータ駆動のための高電圧系バッテリを利用するか、補機用の低電圧系バッテリを利用するかを、運転者が要求するトルクに応じて選定する。より具体的には、要求トルクが大きい場合は、補機用の低電圧系バッテリを電源とするスタータがエンジンを始動し、要求トルクがそれほど大きくない場合は、高電圧系バッテリを電源とするモータジェネレータが、その駆動力の一部を振り分けてエンジンを駆動する。
【００１５】
図１は、本実施の形態に係るハイブリッド車両のハイブリッドシステム９０の構成を示す。ハイブリッドシステム９０は、内燃機関であるエンジン１０と、モータ及びジェネレータの機能を有するモータジェネレータ２２と、車両駆動に利用する電力を供給及び回収するＨＶバッテリ４２と、ＨＶバッテリ４２の直流とモータジェネレータ２２の交流との変換を行うインバータ２４と、エンジン１０の始動機能を有するスタータ１２と、車両駆動以外に利用する電力を供給および回収する補機用バッテリ４４と、ハイブリッドシステム９０を制御するハイブリッドシステム制御部３０とを備える。
【００１６】
スタータ１２は、エンジン１０とＶベルト１４で連結されており、補機用バッテリ４４を利用し回転することで、Ｖベルト１４を介してエンジン１０を始動する。補機用バッテリ４４の定格電圧は、例えば、１２Ｖに設定される。なお、エンジン１０が駆動中は、スタータ１２は、ジェネレータとして機能し、発電した電力は補機用バッテリ４４によって回収される。補機用バッテリ４４の電力供給対象として、スタータ１２、図示しない照明やオーディオ機器、エアコン用コンプレッサなどがある。
【００１７】
モータジェネレータ２２は、モータとして機能するときは、ＨＶバッテリ４２から電力の供給を受けて、発生させたトルクを駆動力として車輪に伝達し車両を走行させるとともに、車両の減速時もしくは制動時には、ジェネレータとして機能し、回生動力を発生する。モータジェネレータ２２は、例えば、三相交流同期型である。モータジェネレータ２２において発生するトルクは、モータジェネレータ２２に供給される電流の大きさにほぼ比例し、モータジェネレータ２２の回転数は、交流電流の周波数によって制御される。モータジェネレータ２２をモータとして機能させる場合は、例えば、そのトルクを１０Ｎｍ〜１１０Ｎｍの範囲で制御することができる。なお、モータジェネレータ２２とエンジン１０は、必要に応じて図示しない電磁クラッチなどを含む動力切替機構によって接続および切り離しがなされる。
【００１８】
ＨＶバッテリ４２は、モータジェネレータ２２がモータとして機能する場合は、インバータ２４を介して、モータジェネレータ２２に対して電力を供給し、モータジェネレータ２２がジェネレータとして機能する場合は、インバータ２４を介してモータジェネレータ２２から電力を回収する。ＨＶバッテリ４２の定格電圧は、例えば、２１６Ｖに設定される。なお、ＨＶバッテリ４２が良好な充電状態で、モータジェネレータ２２が発電を行った場合は、図示しないＤＣ−ＤＣコンバータを介して、ＨＶバッテリ４２から補機用バッテリ４４に電力が供給されてもよい。
【００１９】
インバータ２４は、モータジェネレータ２２とＨＶバッテリ４２の間に設けられ、ＨＶバッテリ４２の直流電流を３相交流電流に変換し、モータジェネレータ２２に供給するとともに、モータジェネレータ２２で発電された３相交流電流を直流電流に変換してＨＶバッテリ４２に供給する。
【００２０】
ハイブリッドシステム制御部３０は、エンジンＥＣＵ３２と、ハイブリッドＥＣＵ３４と、バッテリＥＣＵ３６とを備える。エンジンＥＣＵ３２、ハイブリッドＥＣＵ３４、ＨＶバッテリ４２は、相互にデータを伝達し協働して処理を行うともに、ハイブリッドＥＣＵ３４が統括的な処理を行う。
【００２１】
ハイブリッドＥＣＵ３４は、車速センサ５２やアクセルポジションセンサ５４、シフトポジションセンサ５６、図示しない各種センサの出力に基づいて、運転者の要求トルク、必要とされるエンジン出力、モータトルク等を算出し、駆動力を制御する。なお、算出されたエンジン出力は、エンジンＥＣＵ３２にエンジン出力要求値として伝達される。また、ハイブリッドＥＣＵ３４は、モータジェネレータ２２の制御、駆動力源の選択、つまりエンジン１０とモータジェネレータ２２の切替制御、エンジン１０とモータジェネレータ２２が併用される場合はトルク配分の制御、更にエンジン１０の始動及び停止制御を行う。
【００２２】
エンジンＥＣＵ３２は、ハイブリッドＥＣＵ３４の指示を受け、エンジン出力要求値に応じてエンジン１０の出力制御を行うとともに、スタータ１２の駆動制御を行う。バッテリＥＣＵ３６は、ＨＶバッテリ４２および補機用バッテリ４４の充電状態および温度の監視を行う。
【００２３】
図２は、本実施の形態に係るハイブリッド車両のエンジン１０の始動制御の処理を示すフローチャートである。この処理は、車両がモータジェネレータ２２のみの駆動力で走行している場合に、エンジン１０の始動要求が発生した際に起動する。エンジン１０の始動要求の有無は、ハイブリッドシステム制御部３０によって、運転者の要求トルクや、ＨＶバッテリ４２の充電状態に応じて判定される。
【００２４】
この処理が起動すると、まず、ハイブリッドＥＣＵ３４は、要求トルクＴｄを取得する（Ｓ１０）。なお、要求トルクＴｄは、ハイブリッドＥＣＵ３４の別のプロセスにおいて、アクセルポジションセンサ５４やシフトポジションセンサ５６の出力に基づいて算出される。つづいて、ハイブリッドＥＣＵ３４は、エンジン始動をスタータ１２またはモータジェネレータ２２のいずれを使用して行うかを判断する基準である判定基準トルクＴｒを決定する（Ｓ１２）。この判定基準トルクＴｒの決定は、所定のマップを参照してなされる。
【００２５】
図３は、判定基準トルクＴｒを決定する際に参照するマップであり、判定基準トルクＴｒが車速Ｖと要求トルクＴｄとの関係で示されている。以下、このマップを単に「速度基準マップ」ともいう。判定基準トルクＴｒは、車速Ｖに応じて設定されており、車速Ｖが大きくなるに従って、判定基準トルクＴｒが小さくなる。この速度基準マップは、ハイブリッドＥＣＵ３４が備える不図示のＲＯＭに保持される。
【００２６】
図２に戻り、ハイブリッドＥＣＵ３４は、要求トルクＴｄと判定基準トルクＴｒを比較する（Ｓ１４）。要求トルクＴｄが判定基準トルクＴｒ以下の領域Ａに含まれると判定された場合（Ｓ１４のＮ）、ハイブリッドＥＣＵ３４は、モータジェネレータ２２を使用してエンジン１０の始動を行う（Ｓ１６）。要求トルクＴｄが判定基準トルクＴｒより大きい領域Ｂに含まれると判定された場合（Ｓ１４のＹ）、ハイブリッドＥＣＵ３４は、エンジンＥＣＵ３２に対して、スタータ１２によるエンジン始動要求及びエンジン出力の要求値を通知し、エンジンＥＣＵ３２はその通知を受けてスタータ１２を使用してエンジン１０を始動する（Ｓ１８）。エンジン１０の始動が終了すると、このエンジン１０の始動制御の処理は終了する。
【００２７】
ところで、一般に、バッテリ温度が低い場合、バッテリが出力可能な電力が低下する。従って、ＨＶバッテリ４２の温度が低下した場合、ＨＶバッテリ４２からの出力が低下することを考慮して、運転者の要求トルクを確保するために、判定基準トルクＴｒを低くすることが望まれる。つまり、ＨＶバッテリ４２の温度が低い場合は、要求トルクが小さくてもスタータ１２を使用してエンジン１０を始動させることが要求される。
【００２８】
図４は、図２に示した始動制御の変形例の処理を示すフローチャートであり、ここでは、ハイブリッドＥＣＵ３４は、エンジン１０の始動手段を決定する際に、ＨＶバッテリ４２の温度を反映させる。図５は、ハイブリッドＥＣＵ３４がＨＶバッテリ４２の温度を反映させる際に参照するマップを示している。以下、このマップを単に「バッテリ温度基準マップ」ともいう。ＨＶバッテリ４２のバッテリ温度Ｂｔと要求トルクＴｄの関係で示されており、バッテリ温度Ｂｔに応じて、エンジン１０の始動にスタータ１２とモータジェネレータ２２のいずれを使用するかの閾値となる基準が設定されている。この基準をバッテリ温度基準トルクＴｂと呼び、要求トルクＴｄが、バッテリ温度基準トルクＴｂより低い領域Ｉに含まれる場合、モータジェネレータ２２によってエンジン１０の始動がなされる。要求トルクＴｄが、バッテリ温度基準トルクＴｂより高い領域ＩＩに含まれる場合、スタータ１２によってエンジン１０の始動がなされる。バッテリ温度基準トルクＴｂは、バッテリ温度Ｂｔが低くなるに従って小さく設定されている。なお、このバッテリ温度基準マップは、ハイブリッドシステム制御部３０が備える不図示のＲＯＭに保持される。
【００２９】
なお、図４のフローチャートで示す処理は、図２に示した処理において、ＨＶバッテリ４２の温度による判定処理を追加したものであり、主に異なる点を説明する。Ｓ１４のステップにおいて、要求トルクＴｄが判定基準トルクＴｒ以下の領域Ａに含まれると判断されると（Ｓ１４のＮ）、バッテリＥＣＵ３６はＨＶバッテリ４２のバッテリ温度Ｂｔを取得し、ハイブリッドＥＣＵ３４に通知し、ハイブリッドＥＣＵ３４はバッテリ温度Ｂｔの通知を受け、図５に示したバッテリ温度基準マップを参照し、要求トルクＴｄとバッテリ温度基準トルクＴｂとを比較する（Ｓ１５）。要求トルクＴｄがバッテリ温度基準トルクＴｂ以下である領域Ｉに含まれる場合（Ｓ１５のＮ）、ハイブリッドＥＣＵ３４は、モータジェネレータ２２を用いてエンジン１０を始動させる（Ｓ１６）。
【００３０】
Ｓ１４のステップで、要求トルクＴｄが判定基準トルクＴｒより大きい領域Ｂに含まれると判定された場合（Ｓ１４のＹ）、及び、Ｓ１５のステップで、要求トルクＴｄがバッテリ温度基準トルクＴｂより大きい領域ＩＩに含まれると判定された場合（Ｓ１５のＹ）、ハイブリッドＥＣＵ３４はスタータ１２を使用してエンジン１０を始動させる（Ｓ１８）。
【００３１】
なお、図４に示した処理では、要求トルクＴｄと判定基準トルクＴｒとの比較後、要求トルクＴｄとバッテリ温度基準トルクＴｂとの比較を行ったが、これに限る趣旨ではなく、例えば上記二つの比較の順番は逆でもよい。また、要求トルクＴｄとバッテリ温度基準トルクＴｂとの比較のみによって、エンジン１０を始動する手段を決定してもよく、その場合は、図４のＳ１４のステップが不要となる。なお、図４で示した処理では、図３に示した処理に利用する速度基準マップを同様に用いたが、それぞれの処理に応じて速度基準マップを設定する際のＨＶバッテリ４２のバッテリ温度Ｂｔを考慮することが望まれる。例えば、図３の処理で利用される速度基準マップでは、バッテリ温度Ｂｔが低い場合を想定して、判定基準トルクＴｒを低めに設定し、一方、図４の処理で利用される速度基準マップでは、バッテリ温度Ｂｔはバッテリ温度基準マップで考慮されているので、判定基準トルクＴｒは高めに設定する。また、図３に示した速度基準マップがバッテリ温度Ｂｔに応じて複数用意されてもよい。
【００３２】
以上、本発明を実施の形態をもとに説明した。この実施の形態は例示であり、各構成要素や各処理プロセスの組合せにいろいろな変形例が可能なこと、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは当業者に理解されるところである。
【００３３】
【発明の効果】
本発明によると、ハイブリッド車両において、走行中において、エンジン始動に伴うトルク低下の発生を抑制することが期待できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施の形態に係るハイブリッド車両のハイブリッドシステムの構成図である。
【図２】実施の形態に係るハイブリッド車両のエンジンの始動制御の処理を示すフローチャートである。
【図３】判定基準トルクＴｒを決定する際に参照する速度基準マップを示す図である。
【図４】実施の形態に係るハイブリッド車両のエンジンの始動制御の処理を示すフローチャートであり、図２に示した処理の変形例を示すフローチャートである。
【図５】ＨＶバッテリの温度を考慮する際に参照するバッテリ温度基準マップを示す図である。
【符号の説明】
１０エンジン、１２スタータ、１４Ｖベルト、２２モータジェネレータ、２４インバータ、３０ハイブリッドシステム制御部、３２エンジンＥＣＵ、３４ハイブリッドＥＣＵ、３６バッテリＥＣＵ、４２ＨＶバッテリ、４４補機用バッテリ、５２車速センサ、５４アクセルポジションセンサ、５６シフトポジションセンサ、９０ハイブリッドシステム。

Claims

車両の駆動力源として機能するエンジンと、
前記エンジンに接続され、第１の電源から電力の供給を受けて車両の駆動力源としての機能を有し、前記エンジンの始動に使用可能なモータと、
前記エンジンに接続され、前記第１の電源とは異なる第２の電源から電力の供給を受けて前記エンジンの始動に使用可能なスタータと、
前記エンジンの始動要求が発生したときに車両に対する要求トルクが車速が大きいほど小さくなる傾向に設定された判定基準トルク以下のときには前記モータを用いて前記エンジンが始動されるよう前記モータを制御し、前記エンジンの始動要求が発生したときに前記要求トルクが前記判定基準トルクより大きいときには前記スタータを用いて前記エンジンが始動されるよう前記スタータを制御する始動時制御手段と、
を備えるハイブリッド車両。
前記判定基準トルクは、前記第１のバッテリの温度が高くなるほど大きくなる傾向に設定されてなる請求項１記載のハイブリッド車両。
車両の駆動力源として機能するエンジンと、前記エンジンの第１の電圧の第１のバッテリから電力の供給を受けて車両の駆動力源としての機能を有し前記エンジンの始動に使用可能なモータと、前記第１の電圧より低い第２の電圧の第２のバッテリから電力の供給を受けて前記エンジンの始動に使用可能なスタータと、を備えるハイブリッド車両における前記エンジンの始動制御方法であって、
車両に対する要求トルクが車速が大きいほど小さくなる傾向に設定された判定基準トルク以下のときには前記モータを用いて前記エンジンが始動されるよう前記モータを制御し、前記エンジンの始動要求が発生したときに前記要求トルクが前記判定基準トルクより大きいときには前記スタータを用いて前記エンジンが始動されるよう前記スタータを制御する
ことを特徴とするエンジンの始動制御方法。