JP4228675B2 - 車両制御装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、車両における内燃機関および変速機を制御する車両制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ターボチャージャは、高出力なエンジン出力特性を得るために、エンジンの吸入空気を過給するものであるが、ターボチャージャは排気エネルギの少ない低回転域では、過給圧の立ち上がりが悪いという問題がある。この点を改善するため、ターボチャージャのタービンまたはコンプレッサに電動機（モータ）を組み込み、この電動機によってタービンまたはコンプレッサを強制的に駆動して所望の過給圧を得る電動機付ターボチャージャが開発されている。また、電動機の場合、電動機に与えられたエネルギを電気エネルギに変換する発電機としても機能できる。そこで、減速運転時等の電動機による駆動力を必要としない場合、ターボチャージャに組み込まれた電動機では、エンジンからの排気ガスを利用して発電し、排気エネルギを電気エネルギとして回収している。
【０００３】
この種のターボチャージャの制御装置として、たとえば特開平６−２５７４５２号公報に開示された回転電機付ターボチャージャと充電機構の制御装置がある。この制御装置では、バッテリと回転電機の発電機との間に開閉手段を設け、回転電機の電動駆動時には開閉手段を開いて充電量が低下したバッテリから補機類に低電圧が供給されるのを防止し、発電作動時は開閉手段を閉じて発電機からの電機を好適にバッテリに充電するものである。
【０００４】
【特許文献１】
特開平６−２５７４５２号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記特許文献１に記載された制御装置では、バッテリの充電量（蓄電装置の蓄電量）の多少にかかわらず、電動機の駆動量を決定している。このため、バッテリの充電量が減少してくると、ドライバのアクセル開度が一定であっても、電動機付ターボチャージャの過給量が少なくなってしまい、この状態ではエンジントルクが減少して車両の駆動トルクが減少してしまう。この駆動トルクの減少は、ドライバがトルクの増加を要求するべくアクセル開度を大きくし、ミッションでシフトダウンが行われるまで復帰することがない。この場合、バッテリの充電量の多少によって、同じアクセル開度としたときでも加速感が異なることになり、ドライバビリティの悪化を招くという問題があった。
【０００６】
そこで、本発明の課題は、蓄電装置の蓄電量が少なくなってターボチャージャの過給量が少なくなったことに起因するドライバビリティの悪化を防止する内燃機関の制御装置を提供することにある。
【０００７】
上記課題を解決した本発明に係る車両制御装置は、ターボチャージャに取り付けられた電動機に対して、内燃機関への要求出力に基づいて調整された電力量の電気を蓄電装置から供給することによって電動機を駆動する一方、電動機で発電された電気を蓄電装置に充電可能とした電動機付ターボチャージャを有する内燃機関を制御する車両制御装置において、蓄電装置における蓄電量に基づいて電動機へ供給可能な上限供給電力量を算出する上限供給電力量算出手段と、内燃機関への要求出力に基づいて電動機に要求される要求電力量を算出する要求電力量算出手段と、上限供給電力量算出手段により算出された上限供給電力量と、要求電力量算出手段によって算出された要求電力量と、を比較し、上限供給電力量の方が小さいか否かを判断する判断手段と、判断手段によって上限供給電力量の方が要求電力量よりも小さいと判断された場合に、内燃機関に接続された変速機の変速比を大きくするとともに、変速機の変速比を大きくする前の要求電力量より小さい電力量によって電動機を駆動し、判断手段によって上限供給電力量の方が要求電力量よりも大きいと判断された場合に、変速機の変速比を小さくするとともに、変速機の変速比を小さくする前の要求電力量より大きい電力量によって電動機を駆動するものである。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。
【００１４】
図１は、本発明の実施形態に係る制御装置を備える車両の構成図である。図１に示すように、本実施形態に係る車両１は、内燃機関であるエンジン２を備えている。エンジン２には、電動機が取り付けられたターボチャージャを備える電動機付ターボチャージャ（以下「電動ターボ」という）３が取り付けられており、エンジン２に対して適宜圧縮空気を供給している。電動ターボ３には、図示しない電動機が設けられており、この電動機に対して、制御装置であるコントローラ４を介して蓄電装置であるバッテリ５が接続されている。そして、コントローラ４の制御信号に基づいて、バッテリ５からの電流が電動ターボ３の電動機に供給されて電動ターボ３が駆動され、または回生時には発電機として機能する電動機で発電された電機をバッテリ５に充電している。
【００１５】
また、エンジン２には、自動無段階変速機（ＣＶＴ）からなるトランスミッション６が接続されており、トランスミッション６にはドライブシャフト７が接続されている。さらに、ドライブシャフト７の両端には、駆動輪である前輪８，８が取り付けられており、エンジン２の出力は、トランスミッション６によって変速されドライブシャフト７を介して前輪８，８に伝達される。トランスミッション６には、コントローラ４からの制御信号が出力されており、この制御信号に基づいて、トランスミッション６の変速比が制御される。
【００１６】
さらに、バッテリ５には、電流センサ９が取り付けられており、バッテリ５から供給される電流の大きさを検出してコントローラ４にいる。コントローラ４では、バッテリ５から供給される電流の大きさに基づいて、バッテリ５の充電量（蓄電装置の蓄電量）を求めている。また、リア側の後輪１０，１０が取り付けられたリアシャフト１１には、車速センサ１２が設けられており、リアシャフト１１の回転から車速を検出してコントローラ４に出力している。さらに、図示しないアクセルペダルには、アクセル開度センサ１３が取り付けられており、ドライバがアクセルを操作した際のアクセル開度を検出して、コントローラ４に出力している。また、エンジン２には、エンジン２の回転数を検出する図示しない回転数センサが取り付けられており、検出したエンジン回転数をコントローラ４に出力している。
【００１７】
以上の構成を有する本実施形態に係る車両の制御装置における制御について、図１および図２を参照して説明する。
【００１８】
コントローラ４においては、まず、車両１の走行状態を取得する（Ｓ１）。車両１の走行状態は、車速センサ１２から出力される車両１の車速、回転数センサから出力されるエンジン２の回転数、アクセル開度センサ１３から出力されるアクセル開度、およびトランスミッション６の変速比に基づいて算出される。
【００１９】
次に、車両要求駆動力および要求エンジンパワーが算出される（Ｓ２）。車両要求駆動力は、ドライバが操作したアクセルペダルのアクセル開度の変化量に基づいて算出される。また、要求エンジンパワーは、ここで求められた車両要求駆動力と、ステップＳ１で算出された車両１の走行状態との差に基づいて算出される。
【００２０】
要求エンジンパワーが算出されたら、続いて電動ターボの要求パワーが算出される（Ｓ３）。電動ターボチャージャの要求パワーは、ステップＳ３で算出したエンジンの要求パワーに基づいて算出され、電動ターボの要求パワーが必要である場合には、バッテリ５から電動ターボ３における電動機に電流が供給され、電動ターボの電動機が駆動してターボチャージャを作動させる。
【００２１】
そして、電動ターボの要求パワーが０でないか否かを判断する（Ｓ４）。その結果、電動ターボの要求パワーが０であると判断した場合には、トランスミッションの変速比を変えることなく、ステップ１に戻り同様の動作を繰り返す。一方、電動ターボの要求パワーが０でないと判断した場合には、電動ターボの上限パワーを算出する（Ｓ５）。電動ターボの上限パワーは、バッテリ５の充電量により決められる。コントローラ４では、電流センサ９から出力される電流値に基づいて、バッテリ５から供給される電流の大きさから、バッテリ５の充電量を算出する。そして、算出された充電量から電動ターボの上限パワーを算出する。
【００２２】
電動ターボの上限パワーを算出したら、電動ターボの要求パワーが、バッテリ５の充電量に制限される電動ターボの上限パワーよりも大きいか否かを判断する（Ｓ６）。その結果、電動ターボ３の要求パワーが、バッテリ５の充電量に制限される電動ターボ３の上限パワー以下の場合には、バッテリ５の充電量に余裕があり、電動ターボ３をその要求パワーに合わせて作動させることができるばかりか、電動ターボ３から出力することができるパワーに余力があることになる。したがって、電動ターボ３の過給量を増加させるとともに、トランスミッション６におけるギア比（変速比）をハイ側へ移動させて、エンジン回転数を低くする。このような制御を行うことにより、電動ターボ３の過給量の増加によってエンジン２自体が出力するトルクの低下を補うとともに、余剰ぎみのバッテリ５の受電量を有効に消費することができる。
【００２３】
また、電動ターボ３の要求パワーがバッテリ５の充電量に制限される電動ターボ３の上限パワーを上回る場合には、電動ターボ３が要求するパワーを付与するための電流を電動ターボに供給することができなくなってしまう。このままでは、電動ターボ３の要求パワーを満たすことができなくなってしまうので、円滑な加速、走行の妨げとなり、ドライバビリティの低下の原因となる。そこで、電動ターボ３の要求パワーがバッテリ５の充電量に制限される電動ターボ３の上限パワーを上回る場合には、コントローラ４においては、電動ターボ３の過給量を低下させるとともに、トランスミッション６のギア比をロー側へ移動させ、大きなトルクが与えられるように制御する。このように、バッテリ５から供給される電流が少なく、電動ターボ３から付与されるパワーが不足する場合には、トランスミッション６のギア比を大きくしてトルクの増加を図り、バッテリ５の放電量を抑制する。こうして、前輪８，８に対して十分なトルクを与えることができるので、ドライバビリティの低下を招かないようにすることができるとともに、バッテリ５の充電量の減少を抑制することができ、不足気味であるバッテリ５の充電量の復帰を促すことになる。ギア比を大きくする際のギア比の比率は、電動ターボの要求パワーに対して不足するバッテリ５の充電量に制限される電動ターボ３の上限パワーの差に基づいて算出する。
【００２４】
トランスミッション６のギア比をロー側へ移動させ、前輪８，８に付与されるエンジントルクの増大を図ったら、図１に戻り再び車両１の走行状態を検出して、同様の処理を繰り返す。
【００２５】
このように、バッテリ５の充電量に応じて、電動ターボ３の過給量を調整するとともに、トランスミッション６のギア比を調整することにより、ドライバが操作するアクセルのアクセル開度が一定であれば、トランスミッション６のギア比と電動ターボ３の過給量をコントロールして車両１の駆動力を一定に保つことができる。したがって、ドライバビリティの悪化を招かないように車両の走行状態を制御することができる。しかも、電動ターボ３が使用することができる電力量をバッテリ５の充放電量に応じて制限しているので、バッテリ５の充電量を安定に保つことができ、バッテリ５を安定して使用することができる。
【００２６】
次に、本発明による制御の効果について、図３を参照して説明する。
【００２７】
図３は、エンジン回転数とエンジン出力との関係を示すグラフである。図３には、電動ターボによる過給がない場合の最大出力ラインＬと、電動ターボ過給による出力アップ領域Ｆとを示している。
【００２８】
いま、たとえばエンジン回転数とエンジン出力トルクとの関係が点Ａの位置にあったとする。この状態から、アクセルを踏み込み、点Ｃの位置にエンジン回転数を上げることを考える。ここで、従来の電動ターボの制御では、アクセルの踏み込みにより、電動ターボが作動してバッテリの充電量が急激に低下する。しのため、一旦エンジンの出力トルクが点Ｂの位置まで下がる。その後、トランスミッションのシフトダウンを行うことにより、エンジン回転数の増大とともに徐々にエンジン出力トルクが増大して、点Ｃの位置まで移動する。このようにエンジン出力トルクに変動が起こることから、ドライバビリティの低下を招くことになった。
【００２９】
これに対して、本発明に係る制御では、点Ａから点Ｃに移動する際にバッテリ５の充電量が少ないとすると、トランスミッション６のシフトダウンによりエンジン回転数を増加させるとともに、電動ターボ３の過給量を減少させる。このため、電動ターボ３の出力パワーが小さくなることから、エンジン出力トルクを一定にしたままエンジン回転数を増加させることができる。しかも、充電量が少ないバッテリ５に過度の負担をかけないようにすることができる。
【００３０】
逆に、バッテリ５の充電量が多い場合に点Ａから点Ｄに移動する際には、トランスミッション６のシフトアップによりエンジン回転数を低下させるとともに、電動ターボ３の過給量を増加させる。このため、電動ターボ３の出力パワーが大きくなることから、エンジン出力トルクを一定にしたままエンジン回転数を減少させることができる。しかも、余剰気味のバッテリ５の充電電気を、効果的に利用することができる。
【００３１】
以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。たとえば、上記実施形態では、電動ターボ３の過給量を低下／増加させるとともに、トランスミッション６のギア比を大きく／小さくする際のしきい値を同じ値としている。これに対して、電動ターボ３の過給量を低下させるとともに、トランスミッション６のギア比を大きくするための下限値と、電動ターボ３の過給量を増加させるとともに、トランスミッション６のギア比を小さくするための上限値と、を個別に設定する態様とすることができる。
【００３２】
また、上記実施形態では、トランスミッションとして、自動無段階変速機を用いているが、いわゆるオートマチックトランスミッションを用いる態様とすることもできる。
【００３３】
【発明の効果】
以上のとおり、本発明によれば、蓄電装置の蓄電量が少なくなってターボチャージャの過給量が少なくなったことに起因するドライバビリティの悪化を防止し、さらには蓄電装置の充放電量を安定させることができる内燃機関の制御装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係る制御装置を備える車両の概要を示す構成図である。
【図２】本発明の実施形態に係る制御装置による制御の手順を示すフローチャートである。
【図３】エンジン回転数とエンジン出力との関係を示すグラフである。
【符号の説明】
１…車両、２…エンジン、３…電動ターボ、４…コントローラ、５…バッテリ、６…トランスミッション、７…ドライブシャフト、８…前輪、９…電流センサ、１０…後輪、１１…リアシャフト、１２…車速センサ、１３…アクセル開度センサ。

Claims (1)

1. ターボチャージャに取り付けられた電動機に対して、内燃機関への要求出力に基づいて調整された電力量の電気を蓄電装置から供給することによって前記電動機を駆動する一方、前記電動機で発電された電気を前記蓄電装置に充電可能とした電動機付ターボチャージャを有する前記内燃機関を制御する車両制御装置において、
   前記蓄電装置における蓄電量に基づいて前記電動機へ供給可能な上限供給電力量を算出する上限供給電力量算出手段と、
   前記内燃機関への要求出力に基づいて前記電動機に要求される要求電力量を算出する要求電力量算出手段と、
   前記上限供給電力量算出手段により算出された前記上限供給電力量と、前記要求電力量算出手段によって算出された前記要求電力量と、を比較し、前記上限供給電力量の方が小さいか否かを判断する判断手段と、
   前記判断手段によって前記上限供給電力量の方が前記要求電力量よりも小さいと判断された場合に、前記内燃機関に接続された変速機の変速比を大きくするとともに、前記変速機の変速比を大きくする前の前記要求電力量より小さい電力量によって前記電動機を駆動し、
   前記判断手段によって前記上限供給電力量の方が前記要求電力量よりも大きいと判断された場合に、前記変速機の変速比を小さくするとともに、前記変速機の変速比を小さくする前の前記要求電力量より大きい電力量によって前記電動機を駆動することを特徴とする車両制御装置。

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