JP4411811B2

JP4411811B2 - ハイブリッド車の制御装置

Info

Publication number: JP4411811B2
Application number: JP2001253907A
Authority: JP
Inventors: 浩市水谷; 初男中尾
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2001-08-24
Filing date: 2001-08-24
Publication date: 2010-02-10
Anticipated expiration: 2021-08-24
Also published as: JP2003070103A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ハイブリッド車の制御装置に関し、特に高圧バッテリと、同高圧バッテリからの電力がコンバータを介して供給される低圧バッテリと、高圧バッテリにて駆動される電動機と、エンジンとを備えたハイブリッド車の制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、この種のハイブリッド車では、電動機への電力供給源としての高圧バッテリに加えて、エンジンの制御装置や車両の点灯装置等の補機類を駆動するための電力供給源として低圧バッテリが用いられている。そして、特に電動機や補機類等への電力供給が適切になされるように、これら高圧バッテリや低圧バッテリの電力管理がなされている。
【０００３】
こうした電力管理手法の一例として、例えば特開２０００−２５３５０７号公報に記載のハイブリッド車の制御装置では、高圧バッテリと低圧バッテリとを備え、高圧バッテリからの電力をコンバータを介して低圧バッテリに供給する構成において次のような手法がとられている。すなわち、高圧バッテリの状態に基づいて、高圧バッテリから上記電動機等への電力の分配態様を制御する手法がとられている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記態様にて電力分配を行うことで、高圧バッテリの状態に応じた適切な電力の分配供給を行うことはできる。ただし、上記電動機によってエンジンを始動する際には、同電動機の起動態様によってドライバビリティに影響が生じやすいために、こうした電力の分配を通じて必ずしも適切な始動性を確保することができるとは限らなかった。
【０００５】
本発明はこうした実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、エンジンのより適切な始動性を確保することのできるハイブリッド車の制御装置を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
以下、上記目的を達成するための手段及びその作用効果について記載する。
請求項１記載の発明は、高圧バッテリと、該高圧バッテリの電力がコンバータを介して供給される低圧バッテリと、前記高圧バッテリにて駆動される電動機と、エンジンと、イグニッションスイッチとを備えるハイブリッド車を制御する装置において、前記ハイブリッド車は、前記イグニッションスイッチがオン状態に操作されることで起動され、前記イグニッションスイッチのオン状態における前記ハイブリッド車の停止状態を検知して前記エンジンの自動停止制御を行い、該自動停止制御後における前記ハイブリッド車の発進を検知して前記エンジンの自動始動制御を行い、前記自動始動制御において前記電動機により前記エンジンを再始動する際、前記コンバータの駆動を停止させることをその要旨とする。
【０００７】
上記構成によれば、電動機によりエンジンを始動する際、コンバータの駆動を停止させるために、高圧バッテリからのコンバータを介しての電力の持ち出しを回避することができ、ひいては、エンジンの始動性を向上させることができる。
【０００８】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明において、前記低圧バッテリから供給される電力によって前記エンジンを始動させる始動手段を更に備え、前記始動手段は、前記イグニッションスイッチがスタート状態に操作されることで駆動され、前記始動手段により前記エンジンを始動する際、前記コンバータを駆動させて前記高圧バッテリにより前記低圧バッテリによる前記始動手段への給電を補助することをその要旨とする。
【０００９】
上記構成では、始動手段によりエンジンを始動する際、コンバータを駆動させて高圧バッテリにより低圧バッテリによる始動手段への給電を補助する。このため、低圧バッテリによって電力を供給される始動手段の起動性を向上させることができ、ひいてはエンジンの始動性を向上させることができる。
【００１０】
請求項３記載の発明は、請求項１又は２記載の発明において、前記電動機は、前記エンジンの稼動時に該エンジンの駆動力を電気的エネルギに変換して前記高圧バッテリに供給する発電機を兼ねることをその要旨とする。
【００１１】
上記構成によれば、電動機が、エンジンの稼動時に該エンジンの駆動力を電気的エネルギに変換して高圧バッテリに供給する発電機を兼ねるために、高圧バッテリや低圧バッテリの電力をより適切に確保することができるようになる。
【００１２】
請求項４記載の発明は、請求項１〜３のいずれかに記載の発明において、前記エンジンによって駆動される補機を備え、前記エンジンの停止時には、前記電動機にて前記補機を駆動することをその要旨とする。
【００１３】
上記構成によれば、電動機にて補機を駆動することで、エンジンの停止時であれ、補機を駆動することができるようになる。
請求項５記載の発明は、請求項４記載の発明において、前記電動機及び前記補機間を機械的に連結及び非連結とする手段を備え、前記電動機によって前記エンジンを始動する際には、前記電動機及び前記補機間を非連結とすることをその要旨とする。
【００１４】
上記構成によれば、電動機によってエンジンを始動する際には、前記電動機及び前記補機間を非連結とするために、電動機による駆動力、換言すれば、高圧バッテリの電力の補機への持ち出しを回避することができ、ひいてはエンジン始動性を向上させることができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明にかかるハイブリッド車の制御装置の一実施形態を図面を参照しつつ説明する。図１に、本実施形態にかかるハイブリッド車の制御装置の全体構成を示す。
【００１６】
同図１に示すように、本実施形態では、車両の駆動源として、エンジン（内燃機関）２とモータジェネレータ４とを備えている。すなわち、エンジン２は、駆動輪へと駆動力を伝達すべく、その出力軸が駆動伝達系（図示略）に連結されており、この駆動伝達系を介して駆動力を車両に付与する。これに対し、モータジェネレータ４は、プーリ１０及びベルト１２、プーリ１４、電磁クラッチ１６を介してエンジン２の出力軸に回転力を付与することで、車両に駆動力を付与することができる構成となっている。すなわち、モータジェネレータ４及びプーリ１０間が機械的に連結されているとともに、エンジン２及びプーリ１４間が電磁クラッチ１６の作動によって断続されるようになっている。そして、電磁クラッチ１６によってエンジン２及びプーリ１４間が連結された状態においては、モータジェネレータ４からエンジン２を介して上記駆動輪に駆動力を付与することが可能となる。
【００１７】
これらエンジン２及びモータジェネレータ４は、車両に駆動力を供給するのみならず、車両に搭載された補機としてのエアコン用コンプレッサ２０の動力供給源ともなっている。すなわち、エアコン用コンプレッサ２０は、プーリ１８と機械的に連結されているとともに、このプーリ１８と上記ベルト１２とが機械的に連結される構成を有し、これにより、エンジン２及びモータジェネレータ４のいずれかによってエアコン用コンプレッサ２０が駆動される。
【００１８】
上記モータジェネレータ４は、インバータ３０を介して高圧バッテリ３２と接続されており、同高圧バッテリ３２から供給される電力によって、駆動力を発生する。更に、このモータジェネレータ４は、プーリ１０へと回転力を供給する電動機（モータ）としての機能に加えて、プーリ１０からの回転力の供給によって発電を行う発電機としての機能を併せ持っている。
【００１９】
すなわち、モータジェネレータ４が電動機として機能する場合、高圧バッテリ３２に蓄電された電力がインバータ３０を介してモータジェネレータ４に供給される。このときのモータジェネレータ４の駆動制御は、インバータ３０の位相制御によって行われている。
【００２０】
一方、モータジェネレータ４が発電機として機能する場合、発電した電力はインバータ３０を介して高圧バッテリ３２へと送られる。このとき、インバータ３０の位相制御を通じて高圧バッテリ３２へと送られる電力量を調整することで、モータジェネレータ４の発電量が調整されている。
【００２１】
上記エンジン２や電磁クラッチ１６、インバータ３０は、電子制御装置４０によって制御される。例えば発電時には、高圧バッテリ３２のバッテリ容量をモニタしつつ、上記インバータ３０の位相制御を行う。また、この電子制御装置４０及び図示しない点火プラグ等のエンジン２の制御装置や、車両の点灯装置等の各種補機などへの電力供給源として、本実施形態では、低圧バッテリ３４を備えている。
【００２２】
この低圧バッテリ３４は、上記高圧バッテリ３２の出力電圧よりその出力電圧が低電圧に設定されている。そして、同低圧バッテリ３４は、高圧バッテリ３２の電力が供給されることで、充電される。詳しくは、本実施形態では、高圧バッテリ３２の出力電圧を降圧させるＤＣ／ＤＣコンバータ３６を備え、同ＤＣ／ＤＣコンバータ３６を介して、高圧バッテリ３２から低圧バッテリへ電力が供給されるようになっている。
【００２３】
このＤＣ／ＤＣコンバータ３６は、電子制御装置４０によって制御される。詳しくは、例えば運転席近傍に設けられるなどしたイグニッションスイッチ５０がオン状態とされてから所定時間後に作動制御されている。そして、作動時においては、低圧バッテリ３４から上記各補機等への電力の持ち出し態様に応じて、高圧バッテリ３２から低圧バッテリ３４へ供給される電力量が調整される。
【００２４】
上記電子制御装置４０では、燃費の向上を図るべく、エンジン２の搭載される車両の停止状態を検知してエンジン２の自動停止制御を行い、且つ運転者の発進の意志に基づいてエンジン２の自動始動制御を行うようにしている。以下、これについて説明する。
【００２５】
本実施形態のおいては、下記の条件、すなわち、
（イ）イグニッションスイッチがオンされている。
（ロ）車速が「０」であることが検出されている。
（ハ）アクセルペダルが踏み込まれていないことが検出されている。
（ニ）ブレーキが所定以上踏み込まれていることが検出されている。
などの条件がすべて所定時間以上満たされたときにエンジンの自動停止制御がなされる。
【００２６】
すなわち、インジェクタ（図示略）からの燃料噴射と点火プラグ（図示略）の火花放電とが停止されるとともに、電磁クラッチ１６をつないで上記モータジェネレータ４によってエンジン２へ回転力を付与する。これにより、エンジン２の回転速度を一旦アイドル時の回転速度に維持する。そして、モータジェネレータ４によるエンジン２の回転速度を徐々に「０」へと近づけエンジン２を停止させる。これにより、エンジン２の停止制御に際し生じる振動を低減することができる。
【００２７】
なお、エンジン２が停止されると、電磁クラッチ１６を切り離すことで、エンジン２の出力軸とプーリ１４とが非連結とされる。そして、このエンジン２の自動停止中、エアコン用コンプレッサ２０の駆動要求が生じたときには、モータジェネレータ４を駆動することで、エアコン用コンプレッサ２０を駆動させる。
【００２８】
一方、本実施形態においては、上記（ロ）〜（ニ）の条件のいずれか一つでも満たされなくなることを条件に、エンジン２の自動始動制御がなされる。
この自動始動制御に際しては、電磁クラッチ１６によってエンジン２の出力軸とプーリ１４とが連結されることで、上記モータジェネレータ４によってエンジン２の出力軸に駆動力が付与される。そして、エンジン２の回転速度がアイドリング時の回転速度で安定したときに、エンジン２のファイアリングが開始される。すなわち、上記インジェクタからの燃料噴射と上記点火プラグの火花放電とが開始される。
【００２９】
なお、本実施形態では、モータジェネレータ４に加えてスタータ６を備え、上記イグニッションスイッチ５０の操作によるエンジン２の始動時には、スタータ６によってエンジン２を始動させる。すなわち、イグニッションスイッチ５０は、電子制御装置４０等を起動させる上記オン状態への操作に加えて、スタート状態に操作することができる構成となっている。そして、イグニッションスイッチ５０がスタート状態に操作されると、スタータ６によりエンジン２が始動される。
【００３０】
上記エンジンの自動停止制御や自動始動制御を行うべく、本実施形態では、上記イグニッションスイッチ５０に加えて、次のものを備えている。すなわち、車速を検出する車速センサ５１や、アクセルペダルの踏み込み量を検出するアクセルセンサ５２、ブレーキの踏み込みの量を検出するブレーキセンサ５３、エンジン２の出力軸の回転速度を検出するクランク角センサ５４を備えている。そして、こうした各種センサの検出結果に基づいて、上記電子制御装置４０では、上記エンジン自動停止制御や自動始動制御を行う。
【００３１】
ところで、上記のようにモータジェネレータ４によってエンジン２に駆動力を付与することでエンジン２の自動始動制御を行うと、エンジン２の始動性が悪化することがある。すなわち、高圧バッテリ３２のバッテリ容量の低下時等において、同高圧バッテリ３２から供給される電力にてモータジェネレータ４を駆動することでエンジン２を始動する場合、その始動性が悪化することがある。
【００３２】
そこで、本実施形態では、モータジェネレータ４によるエンジン２を始動する際、上記ＤＣ／ＤＣコンバータ３６の駆動を停止させるようにする。これにより、モータジェネレータ４によるエンジン２の始動時、ＤＣ／ＤＣコンバータ３６により高圧バッテリ３２の電力が低圧バッテリ３４側へ持ち出されることを回避することができ、ひいては、エンジン２の始動性を向上させることができる。
【００３３】
更に、本実施形態では、上記スタータ６によるエンジン２の始動時には、ＤＣ／ＤＣコンバータ３６を駆動させて高圧バッテリ３２により低圧バッテリ３４によるスタータ６への給電を補助する。すなわち、上述したようにＤＣ／ＤＣコンバータ３６はイグニッションスイッチ５０がオン状態に操作された後、所定時間後に駆動される構成となっている。このため、イグニッションスイッチ５０がオン状態からスタート状態へと直ちに操作された場合、スタータ６の起動時にはＤＣ／ＤＣコンバータ３６が停止していることがある。そして、この際、低圧バッテリ３４のバッテリ容量の低下時等においては、スタータ６によるエンジン２の始動性が悪化することがある。この点、上記のように、スタータ６によるエンジン２の始動時に、ＤＣ／ＤＣコンバータ３６を駆動することで、スタータ６を的確に駆動することができ、ひいては始動性を向上させることができる。
【００３４】
以下、本実施形態における上記エンジン２の始動制御について、図２に基づき説明する。図２は、本実施形態にかかるエンジン始動制御にかかる処理手順を示すフローチャートである。この処理は、所定の周期で繰り返し実行される。
【００３５】
この一連の処理においては、まずステップ１００において、上記（イ）〜（ニ）の条件に基づくエンジン２の自動停止中であるか否かを判断する。そして、エンジンの自動停止中であるときには、上記自動始動条件が満たされるまで待機する（ステップ１１０）。そして、上記自動始動条件が満たされることで、エンジン２が自動始動されるときには、上記ＤＣ／ＤＣコンバータ３６の駆動を停止する（ステップ１２０）。
【００３６】
このＤＣ／ＤＣコンバータ３６の停止制御は、エンジン２の始動が完了するまで行われる（ステップ１３０）。このエンジン２の始動完了は、例えば上述したエンジン２のファイアリング開始後、所定時間経過後とするなどすればよい。こうしてエンジン２の始動が完了したと判断されると、ステップ１４０において、ＤＣ／ＤＣコンバータ３６を起動する。
【００３７】
一方、ステップ１００において、エンジン２の自動停止中でないと判断されると、ステップ１５０において、エンジン２の停止中であるか否かが判断される。この判断は、スタータ６による起動が行われる直前と想定される時期を判断するものである。この時期とは、例えばイグニッションスイッチ５０がオン状態に操作されているものの、未だスタート状態に操作されていない時期や、エンストのためイグニッションスイッチ５０をスタート状態に操作する必要がある時期などが考えられる。
【００３８】
そして、エンジン２の停止中であると判断されると、イグニッションスイッチ５０がスタート状態に操作されるまで、換言すればスタータ６の起動時まで待機する（ステップ１６０）。そして、スタータ６が起動されると判断されると、ＤＣ／ＤＣコンバータ３６を駆動し、高圧バッテリ３２から低圧バッテリ３４へ電力を供給することでスタータ６によるエンジン２の始動をアシストする（ステップ１７０）。ここでは、高圧バッテリ３２から低圧バッテリ３４への電力供給量が最大となるようＤＣ／ＤＣコンバータ３６を駆動制御することが望ましい。この際、スタータ６によるエンジン２の始動が完了したときには（ステップ１８０）、ＤＣ／ＤＣコンバータ３６の制御を、上述したように低圧バッテリ３４から上記補機等に持ち出される電力量によって可変制御する。
【００３９】
なお、上記ステップ１４０にてＤＣ／ＤＣコンバータ３６の起動制御がなされた後や、ステップ１５０にてエンジン停止中でないと判断されたとき、ステップ１８０にてエンジン２の始動が完了したと判断されたときには、この処理を一旦終了する。
【００４０】
以上説明した本実施形態によれば、以下の効果が得られるようになる。
（１）モータジェネレータ４によりエンジン２を始動する際、ＤＣ／ＤＣコンバータ３６の駆動を停止させることで、高圧バッテリ３２からモータジェネレータ４以外への電力の持ち出しを回避することができ、ひいてはエンジン２の始動性を向上させることができる。
【００４１】
（２）スタータ６によりエンジン２を始動する際、ＤＣ／ＤＣコンバータ３６を駆動させて高圧バッテリ３２により低圧バッテリ３４によるスタータ６への給電を補助した。これにより、低圧バッテリ３４からの給電によるスタータ６の起動性を向上させることができ、ひいては、エンジン２の始動性を向上させることができる。
【００４２】
なお、上記実施形態は、以下のように変更して実施してもよい。
・エンジン２の始動時以外のＤＣ／ＤＣコンバータ３６の駆動制御については、上記実施形態で例示したものに限らない。例えば、電子制御装置４０によって低圧バッテリ３４のバッテリ容量をモニタし、同容量が不足したときに駆動するようにしてもよい。なお、この際、先の図２のステップ１４０の処理は、ＤＣ／ＤＣコンバータ３６起動に代えて、ＤＣ／ＤＣコンバータ３６起動許可とすればよい。
【００４３】
・ＤＣ／ＤＣコンバータは、高圧バッテリの電圧を降圧して低圧バッテリに供給する機能に加えて、低圧バッテリの電圧を昇圧して高圧バッテリに供給する機能を兼ね備えていてもよい。
【００４４】
・上記実施形態では、エアコン用コンプレッサ２０及びプーリ１８間を機械的に常時連結状態としたが、エンジン２及びプーリ１４間同様、エアコン用コンプレッサ２０及びプーリ１８間に電磁クラッチ１６を設けてもよい。このように、エアコン用コンプレッサ２０等の補機及びモータジェネレータ４間を断続制御可能とすることで、モータジェネレータ４によるエンジン２の始動時には補機及びモータジェネレータ４間を非連結とすることができる。そして、この始動時の非連結制御によれば、始動性をいっそう向上させることができる。
【００４５】
・エンジン２の自動始動時に用いる手段としては、モータジェネレータ４に限らず、モータ電動機（モータ）の機能のみを有するものでもよい。
・エンジンの自動停止始動制御条件は、上記実施形態で例示したものに限らない。例えば、シフト操作をこの条件に加えてもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明にかかるハイブリッド車の制御装置の一実施形態の全体構成を示す図。
【図２】同実施形態のエンジン始動制御処理手順を示すフローチャート。
【符号の説明】
２…エンジン、４…モータジェネレータ、６…スタータ、１０、１４、１８…プーリ、１２…ベルト、１６…電磁クラッチ、２０…エアコン用コンプレッサ、３０…インバータ、３２…高圧バッテリ、３４…低圧バッテリ、３６…ＤＣ／ＤＣコンバータ、４０…電子制御装置、５０…イグニッションスイッチ。５１…車速センサ、５２…アクセルセンサ、５３…ブレーキセンサ、５４…クランク角センサ。

Claims

高圧バッテリと、該高圧バッテリの電力がコンバータを介して供給される低圧バッテリと、前記高圧バッテリにて駆動される電動機と、エンジンと、イグニッションスイッチとを備えるハイブリッド車を制御する装置において、
前記ハイブリッド車は、前記イグニッションスイッチがオン状態に操作されることで起動され、
前記イグニッションスイッチのオン状態における前記ハイブリッド車の停止状態を検知して前記エンジンの自動停止制御を行い、該自動停止制御後における前記ハイブリッド車の発進を検知して前記エンジンの自動始動制御を行い、
前記自動始動制御において前記電動機により前記エンジンを再始動する際、前記コンバータの駆動を停止させる
ことを特徴とするハイブリッド車の制御装置。
請求項１記載のハイブリッド車の制御装置において、
前記低圧バッテリから供給される電力によって前記エンジンを始動させる始動手段を更に備え、
前記始動手段は、前記イグニッションスイッチがスタート状態に操作されることで駆動され、
前記始動手段により前記エンジンを始動する際、前記コンバータを駆動させて前記高圧バッテリにより前記低圧バッテリによる前記始動手段への給電を補助する
ことを特徴とするハイブリッド車の制御装置。
前記電動機は、前記エンジンの稼動時に該エンジンの駆動力を電気的エネルギに変換して前記高圧バッテリに供給する発電機を兼ねる
請求項１又は２記載のハイブリッド車の制御装置。
請求項１〜３のいずれかに記載のハイブリッド車の制御装置において、
前記エンジンによって駆動される補機を備え、
前記エンジンの停止時には、前記電動機にて前記補機を駆動する
ことを特徴とするハイブリッド車の制御装置。
請求項４記載のハイブリッド車の制御装置において、
前記電動機及び前記補機間を機械的に連結及び非連結とする手段を備え、
前記電動機によって前記エンジンを始動する際には、前記電動機及び前記補機間を非連結とする
ことを特徴とするハイブリッド車の制御装置。