JP5267677B2 - ハイブリッド車およびその制御方法 - Google Patents
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Description
本発明は、ハイブリッド車およびその制御方法に関する。
従来、この種のハイブリッド車としては、エンジンと、エンジンの回転数に対応する回転数で回転して発電する発電機(モータMG1)と、モータMG1を駆動する第1のインバータと、車軸に連結された電動機(モータMG2)と、モータMG2を駆動するための第2のインバータと、第1,第2のインバータを介してモータMG1,MG2と電力をやりとりするバッテリと、を備えるものにおいて、エンジンが運転停止されている状態でシフトポジションがニュートラルポジションにシフト変更されたときに、エンジンを始動してからインバータをゲート遮断するものが提案されている(例えば、特許文献1参照)。このハイブリッド車では、インバータをゲート遮断した後、バッテリの残容量が閾値以上のときには比較的低い回転数でエンジンを自立運転し、バッテリの残容量が閾値未満のときにはモータMG1で発生する逆起電力が第1,第2のインバータに作用する電圧よりも大きくなる回転数でエンジンを自立運転することにより、インバータのゲート遮断を継続しながらのバッテリの充電を可能にしている。
しかしながら、上述のハイブリッド車では、シフトポジションがニュートラルポジションにシフト変更されたときに直ちにエンジンを始動するため、バッテリの残容量が比較的高いときなどバッテリの充電を行なう必要がないときでも、エンジンの自立運転によって燃料が消費されることになる。
本発明のハイブリッド車およびその制御方法は、シフトポジションがニュートラルポジションのときに、燃料消費を抑制しながら必要に応じて二次電池を充電することを主目的とする。
本発明のハイブリッド車およびその制御方法は、上述の主目的を達成するために以下の手段を採った。
本発明のハイブリッド車は、
内燃機関と、
前記内燃機関の出力軸に動力を入出力可能で、前記内燃機関の回転数に対応する回転数で回転し、該回転に伴って逆起電力を発生する発電機と、
前記発電機を駆動する発電機用インバータ回路と、
車軸に動力を入出力可能な電動機と、
前記電動機を駆動する電動機用インバータ回路と、
前記発電機用インバータ回路および前記電動機用インバータ回路を介して前記発電機および前記電動機と電力をやりとり可能な二次電池と、
前記二次電池に蓄えられた蓄電量の全容量に対する割合である蓄電割合を検出する蓄電割合検出手段と、
シフトポジションがニュートラルポジションで前記発電機用インバータ回路および前記電動機用インバータ回路がゲート遮断されている状態で前記検出された蓄電割合が予め定められた所定の蓄電割合以下である所定条件が成立したとき、停車が確保された状態である停車確保状態であることを条件として前記発電機により前記内燃機関がモータリングされて始動されるよう前記内燃機関と前記発電機とを制御し、前記内燃機関の始動後は前記発電機用インバータ回路がゲート遮断されるよう該発電機用インバータ回路を制御すると共に前記発電機で回転に伴って発生する逆起電力が前記発電機用インバータ回路に作用する電圧よりも大きくなる回転数で前記内燃機関が運転されるよう該内燃機関を制御する制御手段と、
を備えることを要旨とする。
内燃機関と、
前記内燃機関の出力軸に動力を入出力可能で、前記内燃機関の回転数に対応する回転数で回転し、該回転に伴って逆起電力を発生する発電機と、
前記発電機を駆動する発電機用インバータ回路と、
車軸に動力を入出力可能な電動機と、
前記電動機を駆動する電動機用インバータ回路と、
前記発電機用インバータ回路および前記電動機用インバータ回路を介して前記発電機および前記電動機と電力をやりとり可能な二次電池と、
前記二次電池に蓄えられた蓄電量の全容量に対する割合である蓄電割合を検出する蓄電割合検出手段と、
シフトポジションがニュートラルポジションで前記発電機用インバータ回路および前記電動機用インバータ回路がゲート遮断されている状態で前記検出された蓄電割合が予め定められた所定の蓄電割合以下である所定条件が成立したとき、停車が確保された状態である停車確保状態であることを条件として前記発電機により前記内燃機関がモータリングされて始動されるよう前記内燃機関と前記発電機とを制御し、前記内燃機関の始動後は前記発電機用インバータ回路がゲート遮断されるよう該発電機用インバータ回路を制御すると共に前記発電機で回転に伴って発生する逆起電力が前記発電機用インバータ回路に作用する電圧よりも大きくなる回転数で前記内燃機関が運転されるよう該内燃機関を制御する制御手段と、
を備えることを要旨とする。
この本発明のハイブリッド車では、シフトポジションがニュートラルポジションで発電機用インバータ回路および電動機用インバータ回路がゲート遮断されている状態で二次電池に蓄えられた蓄電量の全容量に対する割合である蓄電割合が予め定められた所定の蓄電割合以下である所定条件が成立したときには、停車が確保された状態である停車確保状態であることを条件として発電機により内燃機関がモータリングされて始動されるよう内燃機関と発電機とを制御し、内燃機関の始動後は発電機用インバータ回路がゲート遮断されるよう該発機用インバータ回路を制御すると共に発電機で回転に伴って発生する逆起電力が発電機用インバータ回路に作用する電圧よりも大きくなる回転数で内燃機関が運転されるよう内燃機関を制御する。即ち、所定条件が成立したときには、停車確保状態であることを条件として内燃機関を始動し、内燃機関の始動後に、発電機で発生する逆起電力により二次電池を充電するのである。したがって、シフトポジションがニュートラルポジションにシフト変更されてから所定条件が成立するまでは内燃機関を始動しないから、シフトポジションがニュートラルポジションにシフト変更されたときに直ちに内燃機関を始動して自立運転するものに比して所定条件が成立する前の内燃機関の燃料消費を抑制することができる。また、内燃機関の始動後は、発電機で発生する逆起電力により二次電池を充電することができる。ここで、「停車確保状態」には、ブレーキ操作量が予め定められた所定操作量以上のときや、パーキングブレーキによって車軸がロックされているときなどが含まれる。
こうした本発明のハイブリッド車において、前記制御手段は、前記内燃機関の始動後、前記停車確保状態であるときには、前記内燃機関からの動力を用いた前記発電機の発電電力による前記二次電池の充電が行なわれるよう前記内燃機関と前記発電機とを制御する手段である、ものとすることもできる。
また、本発明のハイブリッド車において、情報を報知する報知手段を備え、前記制御手段は、前記所定条件が成立したときに前記停車確保状態でないときには、前記停車確保状態にするための操作の実行を運転者に促すための情報を報知するよう前記報知手段を制御する手段である、ものとすることもできる。こうすれば、情報の報知後に運転者の操作によって停車確保状態になったときに内燃機関を始動し、その後に、二次電池を充電することができる。
さらに、本発明のハイブリッド車において、前記発電機用インバータ回路は、前記発電機で発生する逆起電力に対して全波整流を行なうことが可能な複数のダイオードを有する回路である、ものとすることもできる。また、本発明のハイブリッド車において、前記車軸に連結された駆動軸と前記内燃機関の出力軸と前記発電機の回転軸との3軸に3つの回転要素が接続された遊星歯車機構を備え、前記電動機は、前記駆動軸に動力を入出力可能である、ものとすることもできる。
本発明のハイブリッド車の制御方法は、
内燃機関と、前記内燃機関の出力軸に動力を入出力可能で前記内燃機関の回転数に対応する回転数で回転し該回転に伴って逆起電力を発生する発電機と、前記発電機を駆動する発電機用インバータ回路と、車軸に動力を入出力可能な電動機と、前記電動機を駆動する電動機用インバータ回路と、前記発電機用インバータ回路および前記電動機用インバータ回路を介して前記発電機および前記電動機と電力をやりとり可能な二次電池と、を備えるハイブリッド車の制御方法であって、
シフトポジションがニュートラルポジションで前記発電機用インバータ回路および前記電動機用インバータ回路がゲート遮断されている状態で前記二次電池に蓄えられた蓄電量の全容量に対する割合である蓄電割合が予め定められた所定の蓄電割合以下である所定条件が成立したとき、停車が確保された状態である停車確保状態であることを条件として前記発電機により前記内燃機関がモータリングされて始動されるよう前記内燃機関と前記発電機とを制御し、前記内燃機関の始動後は前記発電機用インバータ回路がゲート遮断されるよう該発電機用インバータ回路を制御すると共に前記発電機で回転に伴って発生する逆起電力が前記発電機用インバータ回路に作用する電圧よりも大きくなる回転数で前記内燃機関が運転されるよう該内燃機関を制御する、
ことを特徴とする。
内燃機関と、前記内燃機関の出力軸に動力を入出力可能で前記内燃機関の回転数に対応する回転数で回転し該回転に伴って逆起電力を発生する発電機と、前記発電機を駆動する発電機用インバータ回路と、車軸に動力を入出力可能な電動機と、前記電動機を駆動する電動機用インバータ回路と、前記発電機用インバータ回路および前記電動機用インバータ回路を介して前記発電機および前記電動機と電力をやりとり可能な二次電池と、を備えるハイブリッド車の制御方法であって、
シフトポジションがニュートラルポジションで前記発電機用インバータ回路および前記電動機用インバータ回路がゲート遮断されている状態で前記二次電池に蓄えられた蓄電量の全容量に対する割合である蓄電割合が予め定められた所定の蓄電割合以下である所定条件が成立したとき、停車が確保された状態である停車確保状態であることを条件として前記発電機により前記内燃機関がモータリングされて始動されるよう前記内燃機関と前記発電機とを制御し、前記内燃機関の始動後は前記発電機用インバータ回路がゲート遮断されるよう該発電機用インバータ回路を制御すると共に前記発電機で回転に伴って発生する逆起電力が前記発電機用インバータ回路に作用する電圧よりも大きくなる回転数で前記内燃機関が運転されるよう該内燃機関を制御する、
ことを特徴とする。
この本発明のハイブリッド車の制御方法では、シフトポジションがニュートラルポジションで発電機用インバータ回路および電動機用インバータ回路がゲート遮断されている状態で二次電池に蓄えられた蓄電量の全容量に対する割合である蓄電割合が予め定められた所定の蓄電割合以下である所定条件が成立したときには、停車が確保された状態である停車確保状態であることを条件として発電機により内燃機関がモータリングされて始動されるよう内燃機関と発電機とを制御し、内燃機関の始動後は発電機用インバータ回路がゲート遮断されるよう該発機用インバータ回路を制御すると共に発電機で回転に伴って発生する逆起電力が発電機用インバータ回路に作用する電圧よりも大きくなる回転数で内燃機関が運転されるよう内燃機関を制御する。即ち、所定条件が成立したときには、停車確保状態であることを条件として内燃機関を始動し、内燃機関の始動後に、発電機で発生する逆起電力により二次電池を充電するのである。したがって、シフトポジションがニュートラルポジションにシフト変更されてから所定条件が成立するまでは内燃機関を始動しないから、シフトポジションがニュートラルポジションにシフト変更されたときに直ちに内燃機関を始動して自立運転するものに比して所定条件が成立する前の内燃機関の燃料消費を抑制することができる。また、内燃機関の始動後は、発電機で発生する逆起電力により二次電池を充電することができる。ここで、「停車確保状態」には、ブレーキ操作量が予め定められた所定操作量以上のときや、パーキングブレーキによって車軸がロックされているときなどが含まれる。
次に、本発明を実施するための形態を実施例を用いて説明する。
図1は、本発明の一実施例としてのハイブリッド自動車20の構成の概略を示す構成図である。実施例のハイブリッド自動車20は、図示するように、エンジン22と、エンジン22の出力軸としてのクランクシャフト26にダンパ28を介して接続された3軸式の動力分配統合機構30と、動力分配統合機構30に接続された発電可能なモータMG1と、動力分配統合機構30に接続された駆動軸としてのリングギヤ軸32aに取り付けられた減速ギヤ35と、この減速ギヤ35に接続されたモータMG2と、モータMG1,MG2を駆動するためのインバータ41,42と、インバータ41,42を介してモータMG1,MG2と電力をやりとりするバッテリ50と、車両全体をコントロールするハイブリッド用電子制御ユニット70とを備える。
エンジン22は、例えばガソリンまたは軽油などの炭化水素系の燃料により動力を出力する内燃機関であり、エンジン用電子制御ユニット(以下、エンジンECUという)24により燃料噴射制御や点火制御,吸入空気量調節制御などの運転制御を受けている。エンジンECU24には、エンジン22の運転状態を検出する各種センサからの信号、例えば、エンジン22のクランクシャフト26のクランク角を検出する図示しないクランクポジションセンサからのクランクポジションなどが入力されている。エンジンECU24は、ハイブリッド用電子制御ユニット70と通信しており、ハイブリッド用電子制御ユニット70からの制御信号によりエンジン22を運転制御すると共に必要に応じてエンジン22の運転状態に関するデータをハイブリッド用電子制御ユニット70に出力する。なお、エンジンECU24は、図示しないクランクポジションセンサからのクランクポジションに基づいてクランクシャフト26の回転数、即ちエンジン22の回転数Neも演算している。
動力分配統合機構30は、外歯歯車のサンギヤ31と、このサンギヤ31と同心円上に配置された内歯歯車のリングギヤ32と、サンギヤ31に噛合すると共にリングギヤ32に噛合する複数のピニオンギヤ33と、複数のピニオンギヤ33を自転かつ公転自在に保持するキャリア34とを備え、サンギヤ31とリングギヤ32とキャリア34とを回転要素として差動作用を行なう遊星歯車機構として構成されている。動力分配統合機構30は、キャリア34にはエンジン22のクランクシャフト26が、サンギヤ31にはモータMG1が、リングギヤ32にはリングギヤ軸32aを介して減速ギヤ35がそれぞれ連結されており、モータMG1が発電機として機能するときにはキャリア34から入力されるエンジン22からの動力をサンギヤ31側とリングギヤ32側にそのギヤ比に応じて分配し、モータMG1が電動機として機能するときにはキャリア34から入力されるエンジン22からの動力とサンギヤ31から入力されるモータMG1からの動力を統合してリングギヤ32側に出力する。リングギヤ32に出力された動力は、リングギヤ軸32aからギヤ機構60およびデファレンシャルギヤ62を介して、最終的には車両の駆動輪63a,63bに出力される。
モータMG1およびモータMG2は、いずれも外表面に永久磁石が貼り付けられたロータと三相コイルが巻回されたステータとを備える周知の同期発電電動機として構成されている。インバータ41,42は、図2のモータMG1,MG2を含む電機駆動系の構成図に示すように、6つのトランジスタT11〜T16,T21〜26と、トランジスタT11〜T16,T21〜T26に逆方向に並列接続された6つのダイオードD11〜D16,D21〜D26と、により構成されている。トランジスタT11〜T16,T21〜T26は、それぞれインバータ41,42が電力ライン54として共用する正極母線54aと負極母線54bとに対してソース側とシンク側になるよう2個ずつペアで配置されており、対となるトランジスタ同士の接続点の各々にモータMG1,MG2の三相コイル(U相,V相,W相)の各々が接続されている。したがって、正極母線54aと負極母線54bとの間に電圧が作用している状態で対をなすトランジスタT11〜T16,T21〜T26のオン時間の割合を制御することにより三相コイルに回転磁界を形成でき、モータMG1,MG2を回転駆動することができる。インバータ41,42は、正極母線54aと負極母線54bとを共用しているから、モータMG1,MG2のいずれかで発電される電力を他のモータに供給することができる。モータMG1,MG2は、いずれもモータ用電子制御ユニット(以下、モータECUという)40により駆動制御されている。モータECU40には、モータMG1,MG2を駆動制御するために必要な信号、例えばモータMG1,MG2の回転子の回転位置を検出する回転位置検出センサ43,44からの信号や図示しない電流センサにより検出されるモータMG1,MG2に印加される相電流などが入力されており、モータECU40からは、インバータ41,42へのスイッチング制御信号が出力されている。モータECU40は、ハイブリッド用電子制御ユニット70と通信しており、ハイブリッド用電子制御ユニット70からの制御信号によってモータMG1,MG2を駆動制御すると共に必要に応じてモータMG1,MG2の運転状態に関するデータをハイブリッド用電子制御ユニット70に出力する。なお、モータECU40は、回転位置検出センサ43,44からの信号に基づいてモータMG1,MG2の回転数Nm1,Nm2も演算している。
バッテリ50は、リチウムイオン二次電池として構成されており、バッテリ用電子制御ユニット(以下、バッテリECUという)52によって管理されている。バッテリECU52には、バッテリ50を管理するのに必要な信号、例えば、バッテリ50の端子間に設置された電圧センサ51aからの端子間電圧Vb,バッテリ50の出力端子に接続された電力ライン54に取り付けられた電流センサ51bからの充放電電流Ib,バッテリ50に取り付けられた温度センサ51cからの電池温度Tbなどが入力されており、必要に応じてバッテリ50の状態に関するデータを通信によりハイブリッド用電子制御ユニット70に出力する。また、バッテリECU52は、バッテリ50を管理するために電流センサ51bにより検出された充放電電流Ibの積算値に基づいてバッテリ50に蓄えられている蓄電量の全容量(蓄電容量)に対する割合である蓄電割合SOCを演算したり、演算した蓄電割合SOCと電池温度Tbとに基づいてバッテリ50を充放電してもよい最大許容電力である入出力制限Win,Woutを演算している。なお、バッテリ50の入出力制限Win,Woutは、電池温度Tbに基づいて入出力制限Win,Woutの基本値を設定し、バッテリ50の蓄電割合SOCに基づいて出力制限用補正係数と入力制限用補正係数とを設定し、設定した入出力制限Win,Woutの基本値に補正係数を乗じることにより設定することができる。
ハイブリッド用電子制御ユニット70は、CPU72を中心とするマイクロプロセッサとして構成されており、CPU72の他に処理プログラムを記憶するROM74と、データを一時的に記憶するRAM76と、図示しない入出力ポートおよび通信ポートとを備える。ハイブリッド用電子制御ユニット70には、イグニッションスイッチ80からのイグニッション信号,シフトレバー81の操作位置を検出するシフトポジションセンサ82からのシフトポジションSP,アクセルペダル83の踏み込み量を検出するアクセルペダルポジションセンサ84からのアクセル開度Acc,ブレーキペダル85の踏み込み量を検出するブレーキペダルポジションセンサ86からのブレーキペダルポジションBP,駆動輪63a,63bをロックまたはロック解除する図示しない足踏み式のパーキングブレーキの操作用のパーキングブレーキペダル87の操作状態を検出するパーキングブレーキセンサ88からの操作信号,車速センサ89からの車速Vなどが入力ポートを介して入力されている。また、ハイブリッド用電子制御ユニット70からは、各種情報を表示可能なディスプレイ90への信号などが出力ポートを介して出力されている。ハイブリッド用電子制御ユニット70は、前述したように、エンジンECU24やモータECU40,バッテリECU52と通信ポートを介して接続されており、エンジンECU24やモータECU40,バッテリECU52と各種制御信号やデータのやりとりを行なっている。なお、実施例のハイブリッド自動車20では、シフトポジションセンサ82により検出するシフトポジションSPとしては、駐車ポジション(Pポジション)や中立ポジション(Nポジション),ドライブポジション(Dポジション),リバースポジション(Rポジション)などがある。
こうして構成された実施例のハイブリッド自動車20は、運転者によるアクセルペダル83の踏み込み量に対応するアクセル開度Accと車速Vとに基づいて駆動軸としてのリングギヤ軸32aに出力すべき要求トルクを計算し、この要求トルクに対応する要求動力がリングギヤ軸32aに出力されるように、エンジン22とモータMG1とモータMG2とが運転制御される。エンジン22とモータMG1とモータMG2の運転制御としては、要求動力に見合う動力がエンジン22から出力されるようにエンジン22を運転制御すると共にエンジン22から出力される動力のすべてが動力分配統合機構30とモータMG1とモータMG2とによってトルク変換されてリングギヤ軸32aに出力されるようモータMG1およびモータMG2を駆動制御するトルク変換運転モードや要求動力とバッテリ50の充放電に必要な電力との和に見合う動力がエンジン22から出力されるようにエンジン22を運転制御すると共にバッテリ50の充放電を伴ってエンジン22から出力される動力の全部またはその一部が動力分配統合機構30とモータMG1とモータMG2とによるトルク変換を伴って要求動力がリングギヤ軸32aに出力されるようモータMG1およびモータMG2を駆動制御する充放電運転モード、エンジン22の運転を停止してモータMG2からの要求動力に見合う動力をリングギヤ軸32aに出力するよう運転制御するモータ運転モードなどがある。
次に、こうして構成された実施例のハイブリッド自動車20の動作について説明する。図3はハイブリッド用電子制御ユニット70により実行されるNポジション時制御ルーチンの一例を示すフローチャートである。このルーチンは、シフトポジションSPがNポジションのときに繰り返し実行される。以下の説明では、エンジン22が運転停止されている最中にシフトポジションSPがNポジションにシフト変更された場合について説明する。なお、シフトポジションSPがNポジションにシフト変更されたときには、インバータ41,42をゲート遮断する(トランジスタT11〜T16,T21〜T26をすべてオフ状態する)。
Nポジション時制御ルーチンが実行されると、ハイブリッド用電子制御ユニット70のCPU72は、まず、エンジン22が運転されているか否かを示すエンジン運転フラグFeや、停車が確保されている停車確保状態であるか否かを示すブレーキフラグFb,バッテリ50の蓄電割合SOCなどのデータを入力する(ステップS100)。ここで、エンジン運転フラグFeは、エンジン22が運転されているときに値1が設定され、エンジン22が運転されていないときに値0が設定されたものをエンジンECU24から通信により入力するものとした。また、ブレーキフラグFbは、ハイブリッド用電子制御ユニット70により、停車確保状態であるときに値1が設定され、停車確保状態でないときには値0が設定されたものを入力するものとした。ここで、停車確保状態であるか否かは、実施例では、ブレーキペダルポジションセンサ86からのブレーキペダルポジションBPと、パーキングブレーキセンサ88からの操作信号に基づいて得られる図示しないパーキングブレーキによって駆動輪63a,63bがロックされているか否かを示すロック情報と、を用いて判定するものとし、具体的には、ブレーキペダルポジションBPが閾値BPref(例えば、40%や50%など)以上のときやパーキングブレーキによって駆動輪63a,63bがロックされているときには停車確保状態であると判定し、ブレーキペダルポジションBPが閾値BPref未満でパーキングブレーキによって駆動輪63a,63bがロックされていないときには停車確保状態でないと判断するものとした。バッテリ50の蓄電割合SOCは、電流センサ51bにより検出された充放電電流Ibの積算値に基づいて演算されたものをバッテリECU52から通信により入力するものとした。
こうしてデータを入力すると、シフトポジションSPがNポジションの状態でバッテリ50を充電するために行なわれるエンジン22とモータMG1との制御である充電制御を行なうときに値1が設定されると共に充電制御を行なわないときに値0が設定される充電制御フラグFcの値を調べ(ステップS110)、充電制御フラグFcが値0のときには、バッテリ50の蓄電割合SOCを閾値Slowと比較する(ステップS120)。ここで、閾値Slowは、充電制御の開始が要求される蓄電割合SOCの上限として定められるものであり、例えば、25%や30%などを用いることができる。バッテリ50の蓄電割合SOCが閾値Slowより大きいときには、充電制御の開始は要求されていないと判断し、充電制御フラグFcに値0を設定して(ステップS170)、本ルーチンを終了する。
バッテリ50の蓄電割合SOCが閾値Slow以下のとき(例えば、図示しない空調装置のエアコンプレッサなどの補機の駆動によってバッテリ50の蓄電割合SOCが低下して閾値Slow以下になったときなど)には、充電制御の開始が要求されていると判断し、エンジン運転フラグFeの値を調べ(ステップS130)、エンジン運転フラグFeが値0のとき、即ち、エンジン22が運転されていないときには、ブレーキフラグFbの値を調べる(ステップS140)。そして、ブレーキフラグFbが値1のとき、即ち、停車確保状態であるときには、エンジン22を始動する制御信号をモータECU40とエンジンECU24とに送信してエンジン22を始動し(ステップS150)、充電制御フラグFcに値0を設定して(ステップS170)、本ルーチンを終了する。エンジン22を始動する制御信号を受信したモータECU40は、エンジン22をモータリングするためのトルクがモータMG1から出力されるようモータMG1を制御し、エンジン22を始動する制御信号を受信したエンジンECU24は、エンジン22の回転数Neが閾値Nref(例えば、1000rpmや1200rpmなど)に至ったときに燃料噴射と点火とを開始してエンジン22を始動する。
一方、ステップS140でブレーキフラグFbが値0のとき、即ち、停車確保状態でないときには、ブレーキペダル85かパーキングブレーキペダル87を踏み込むことによって停車確保状態にするようにディスプレイ90に警告情報(例えば、「ブレーキペダルを踏み込んでください。」や「パーキングブレーキをオンとしてください。」などの文字や画像など)を表示出力し(ステップS160)、充電制御フラグFcに値0を設定して(ステップS170)、本ルーチンを終了する。そして、その後に、運転者によってブレーキペダル85かパーキングブレーキペダル87が踏み込まれてブレーキフラグFbが値1になると(ステップS140)、エンジン22を始動する制御信号をモータECU40とエンジンECU24とに送信してエンジン22を始動する(ステップS150)。
こうしてエンジン22が始動されると、ステップS130でエンジン運転フラグFeが値1であり、モータMG1を駆動するためのインバータ41のゲート遮断指令をモータECU40に送信し(ステップS180)、エンジン22の自立運転用の目標回転数Ne*に比較的大きい回転数N1を設定し(ステップS190)、設定した目標回転数Ne*とエンジン22の自立運転指令とをエンジンECU24に送信し(ステップS200)、充電制御フラグFcに値1を設定して(ステップS210)、本ルーチンを終了する。目標回転数Ne*と自立運転指令とを受信したエンジンECU24は、エンジン22が目標回転数Ne*で自立運転されるようエンジン22における吸入空気量制御や燃料噴射制御,点火制御などの制御を行なう。また、回転数N1は、モータMG1で回転に伴って発生する逆起電力がインバータ41,42に作用する電圧よりも大きくなる範囲で設定することができる。インバータ41,42をゲート遮断しているときの動力分配統合機構30の回転要素における回転数の関係を示す共線図の一例を図4に示す。図中、左のS軸はモータMG1の回転数Nm1であるサンギヤ31の回転数を示し、C軸はエンジン22の回転数Neであるキャリア34の回転数を示し、R軸はモータMG2の回転数Nm2を減速ギヤ35のギヤ比Grで除したリングギヤ32の回転数Nr(値0)を示す。図4から明らかなように、エンジン22が回転しているときには、動力分配統合機構30の回転要素における回転数の関係(ギヤ比ρ)に応じた回転数でモータMG1が回転するため、この回転によってモータMG1では逆起電力が発生する。この逆起電力はモータMG1の回転数が大きいほど大きくなるものであり、インバータ41をゲート遮断している状態では、逆起電力がインバータ41,42に作用する電圧以下のときにはこの逆起電力に基づく電流は電力ライン54に流れないが、逆起電力がインバータ41,42に作用する電圧よりも大きいときにはインバータ41のダイオードD11〜D16が全波整流回路として機能するため、逆起電力に基づく電流は電力ライン54に流れてバッテリ50に充電される。実施例では、こうしたバッテリ50の充電が行なわれる範囲で回転数N1を設定するものとし、例えば、3000rpmや3500rpm,4000rpmなどを用いることができる。このように回転数N1でエンジン22を自立運転することにより、モータMG1で回転に伴って発生する逆起電力によってバッテリ50を充電することができる。
ステップS110で充電制御フラグFcが値1のときには、バッテリ50の蓄電割合SOCを閾値Shiと比較する(ステップS220)。ここで、閾値Shiは、充電制御の終了が要求される蓄電割合SOCの下限として定められるものであり、例えば、45%や50%などを用いることができる。バッテリ50の蓄電割合SOCが閾値Shi未満のときには、ステップS180〜S210の処理を実行して本ルーチンを終了する。これにより、バッテリ50の充電が継続される。一方、蓄電割合SOCが閾値Shi以上のときには、充電制御の終了が要求されていると判断し、エンジン22を運転停止する制御信号をエンジンECU24に送信し(ステップS230)、充電制御フラグFcに値0を設定して(ステップS240)、本ルーチンを終了する。エンジン22を運転停止する制御信号を受信したエンジンECU24は、エンジン22の制御を終了する。これにより、バッテリ50の充電が終了する。このように蓄電割合SOCが閾値Shi以上のときにエンジン22を運転停止することにより、バッテリ50を充電しないときにエンジン22の運転を継続するものに比して無駄な燃料消費を抑制することができる。なお、この場合、インバータ41,42のゲート遮断は継続される。
以上説明した実施例のハイブリッド自動車20によれば、シフトポジションSPがNポジションでバッテリ50の蓄電割合SOCが閾値Slow以下のときに、停車が確保されていることを条件としてモータMG1によってエンジン22をモータリングして始動し、エンジン22の始動後は、インバータ41をゲート遮断すると共にモータMG1で発生する逆起電力がインバータ41,42に作用する電圧よりも大きくなる回転数N1でエンジン22を自立運転するから、シフトポジションSPがNポジションにシフト変更されたときに直ちにエンジン22を始動するものに比してバッテリ50の充電を開始する前のエンジン22の燃料消費を抑制することができると共に、エンジン22の始動後はモータMG1で発生する逆起電力によりバッテリ50を充電することができる。
実施例のハイブリッド自動車20では、エンジン22が運転停止されている最中にシフトポジションSPがNポジションにシフト変更された場合について説明したが、エンジン22が運転されている状態でシフトポジションSPがNポジションにシフト変更されたときには、エンジン22を運転停止し、その後に、実施例と同様に、バッテリ50の蓄電割合SOCが閾値Slow以下になったときに停車が確保されていることを条件としてエンジン22を始動することにより、実施例と同様の効果を奏することができる。
実施例のハイブリッド自動車20では、ブレーキペダルポジションBPとパーキングブレーキによって駆動輪63a,63bがロックされているか否かを示すロック情報とを用いて停車確保状態であるか否かを判断するものとしたが、ブレーキペダルポジションBPとロック情報とのうち一方だけを用いて停車確保状態であるか否かを判断するものとしてもよい。また、実施例のハイブリッド自動車20では、パーキングブレーキは、駆動輪63a,63bをロックまたはロック解除する足踏み式のものを用いるものとしたが、手動によるレバー式やスイッチ式のものなどを用いるものとしてもよいし、また、従動輪をロックまたはロック解除するものをを用いるものとしてもよい。
実施例のハイブリッド自動車20では、エンジン22の始動後は、回転数N1で自立運転することにより、モータMG1で発生した逆起電力によってバッテリ50を充電するものとしたが、エンジン22の始動後に停車確保状態であるとき(エンジン22の始動前から停車確保状態が継続されているときや、エンジン22の始動後に停車確保状態が一旦解除されその後に再び停車確保状態になったとき)には、エンジン22からの動力を用いたモータMG1の発電電力によってバッテリ50を充電するものとしてもよい。この場合のNポジション時制御ルーチンの一例を図5に示す。このルーチンは、ステップS300〜S320の処理を追加した点を除いて図3のNポジション時制御ルーチンと同一である。したがって、同一の処理については同一のステップ番号を付し、その詳細な説明は省略する。このNポジション時制御ルーチンでは、エンジン22が始動されてステップS130でエンジンフラグFeが値1のときには、ブレーキフラグFbの値を調べ(ステップS300)、ブレーキフラグFbが値1のときには、バッテリ50の充電用のエンジン22の回転数として予め設定された値Nch(例えば、2000rpmや2500rpmなど)をエンジン22の目標回転数Ne*として設定すると共にバッテリ50の充電用のエンジン22のトルクとして予め設定された値Tchをエンジン22の目標トルクTe*として設定してこれらをエンジンECU24に送信し(ステップS310)、設定した目標トルクTe*と動力分配統合機構30のギヤ比ρとを用いて次式(1)により計算される値をモータMG1のトルク指令Tm1*に設定してモータECU40に送信し(ステップS320)、充電制御フラグFcに値1を設定して(ステップS210)、本ルーチンを終了する。これにより、エンジン22からの動力を受けてモータMG1で発電される電力によってバッテリ50を充電することができる。しかも、この場合には、モータMG1で発生する逆起電力をインバータ41,42に作用する電圧よりも大きくする必要がないため、回転数Nchとしては、通常、回転数N1よりも低い回転数を用いることができる。したがって、エンジン22の回転数Neが高くなることによる違和感を運転者に与えるのを抑制することができる。なお、式(1)は、前述の図4の共線図を用いれば容易に導くことができる。
Tm1*=-ρ・Te*/(1+ρ) (1)
実施例のハイブリッド自動車20では、充電制御の実行中にバッテリ50の蓄電割合SOCが閾値Shi以上に至ったときには、エンジン22を運転停止するものとしたが、回転数N1より低い回転数N2でエンジン22を自立運転するものとしてもよい。ここで、回転数N2は、モータMG1で発生する逆起電力が高電圧系の電圧VH以下となる範囲で設定することができ、例えば、1000rpmや1200rpmなどを用いることができる。この場合でも、シフトポジションSPがNポジションにシフト変更されてから充電制御の開始が要求されるまでは実施例と同様にエンジン22を運転停止することにより、燃料消費を抑制することができる。
実施例のハイブリッド自動車20では、警告情報(例えば、「ブレーキペダルを踏み込んでください。」や「パーキングブレーキをオンとしてください。」などの文字や画像など)をディスプレイ90に表示出力するものとしたが、これに代えて又は加えて、図示しないスピーカから警告情報を音声出力するものとしてもよい。また、こうした警告情報を出力しないものとしてもよい。
実施例のハイブリッド自動車20では、モータMG2の動力を減速ギヤ35により変速してリングギヤ軸32aに出力するものとしたが、図6の変形例のハイブリッド自動車120に例示するように、モータMG2の動力をリングギヤ軸32aが接続された車軸(駆動輪63a,63bが接続された車軸)とは異なる車軸(図6における車輪64a,64bに接続された車軸)に出力するものとしてもよい。
実施例のハイブリッド自動車20では、エンジン22の動力を動力分配統合機構30を介して駆動輪63a,63bに接続された駆動軸としてのリングギヤ軸32aに出力するものとしたが、図7の変形例のハイブリッド自動車220に例示するように、エンジン22に発電用のモータMG1が接続されていると共に駆動輪63a,63bにモータMG2が接続され、モータMG1,MG2を駆動するインバータ41,42にバッテリ50が接続されているものとしてもよい。
また、こうしたハイブリッド自動車に適用するものに限定されるものではなく、自動車以外の車両の形態としてもよい。また、ハイブリッド車の制御方法の形態としてもよい。
実施例の主要な要素と発明の概要の欄に記載した発明の主要な要素との対応関係について説明する。実施例では、エンジン22が「内燃機関」に相当し、モータMG1が「発電機」に相当し、インバータ41が「発電機用インバータ回路」に相当し、モータMG2が「電動機」に相当し、インバータ42が「電動機用インバータ回路」に相当し、バッテリ50が「二次電池」に相当し、充放電電流Ibの積算値に基づいてバッテリ50の蓄電割合SOCを演算するバッテリECU52が「蓄電割合検出手段」に相当し、シフトポジションSPがNポジションでバッテリ50の蓄電割合SOCが閾値Slow以下のときに、停車が確保されていることを条件としてエンジン22を始動する制御信号をモータECU40とエンジンECU24とに送信し、エンジン22の始動後は、インバータ41のゲート遮断指令をモータECU40に送信すると共にエンジン22の目標回転数Ne*に比較的大きい回転数N1を設定してこれと自立運転指令とをエンジンECU24に送信するハイブリッド用電子制御ユニット70と、エンジン22を始動する制御信号を受信したときにエンジン22をモータリングするためのトルクがモータMG1から出力されるようモータMG1を制御し、インバータ41のゲート遮断指令を受信したときにインバータ41をゲート遮断し、インバータ42のゲート遮断指令を受信したときにインバータ42をゲート遮断するモータECU40と、エンジン22を始動する制御信号を受信したときにエンジン22の回転数Neが閾値Nrefに至ったときに燃料噴射と点火とを開始し、目標回転数Ne*と自立運転指令とを受信したときに目標回転数Ne*でエンジン22が自立運転されるようエンジン22を制御するエンジンECU24と、が「制御手段」に相当する。また、動力分配統合機構30が「遊星歯車機構」に相当する。
ここで、「内燃機関」としては、ガソリンまたは軽油などの炭化水素系の燃料により動力を出力する内燃機関に限定されるものではなく、水素エンジンなど如何なるタイプの内燃機関であっても構わない。「発電機」としては、同期発電電動機として構成されたモータMG1に限定されるものではなく、誘導電動機など、内燃機関の出力軸に動力を入出力可能で内燃機関の回転数に対応する回転数で回転し回転に伴って逆起電力を発生するものであれば如何なるタイプの発電機であっても構わない。「発電機用インバータ回路」としては、インバータ41に限定されるものではなく、発電機を駆動するものであれば如何なるインバータ回路としても構わない。「電動機」としては、同期発電電動機として構成されたモータMG2に限定されるものではなく、誘導電動機など、車軸に動力を入出力可能なものであれば如何なるタイプの電動機であっても構わない。「電動機用インバータ回路」としては、インバータ42に限定されるものではなく、電動機を駆動するものであれば如何なるインバータ回路としても構わない。「二次電池」としては、リチウムイオン二次電池として構成されたバッテリ50に限定されるものではなく、ニッケル水素二次電池やニッケルカドミウム二次電池,鉛蓄電池など、発電機用インバータ回路および電動機用インバータ回路を介して発電機や電動機と電力のやりとりが可能なものであれば如何なるタイプの二次電池であっても構わない。「蓄電割合検出手段」としては、充放電電流Ibの積算値に基づいてバッテリ50の蓄電割合SOCを演算するものに限定されるものではなく、バッテリ50の開放電圧に基づいて蓄電割合SOCを演算するものなど、二次電池に蓄えられた蓄電量の全容量に対する割合である蓄電割合を検出するものであれば如何なるものとしても構わない。「制御手段」としては、ハイブリッド用電子制御ユニット70とエンジンECU24とモータECU40とからなる組み合わせに限定されるものではなく単一の電子制御ユニットにより構成されるなどとしてもよい。また、「制御手段」としては、シフトポジションSPがNポジションでバッテリ50の蓄電割合SOCが閾値Slow以下のときに、停車が確保されていることを条件としてモータMG1によってエンジン22をモータリングして始動し、エンジン22の始動後は、インバータ41をゲート遮断すると共にモータMG1で発生する逆起電力がインバータ41,42に作用する電圧よりも大きくなる回転数N1でエンジン22を自立運転するものに限定されるものではなく、シフトポジションがニュートラルポジションで発電機用インバータ回路および電動機用インバータ回路がゲート遮断されている状態で蓄電割合が予め定められた所定の蓄電割合以下である所定条件が成立したとき、停車が確保された状態である停車確保状態であることを条件として発電機により内燃機関がモータリングされて始動されるよう内燃機関と発電機とを制御し、内燃機関の始動後は、発電機用インバータ回路がゲート遮断されるよう該発機用インバータ回路を制御すると共に発電機で回転に伴って発生する逆起電力が発電機用インバータ回路に作用する電圧よりも大きくなる回転数で内燃機関が運転されるよう内燃機関を制御するものであれば如何なるものとしても構わない。「遊星歯車機構」としては、上述の動力分配統合機構30に限定されるものではなく、ダブルピニオン式の遊星歯車機構を用いるものや複数の遊星歯車機構を組み合わせて4以上の軸に接続されるものなど、車軸に連結された駆動軸と内燃機関の出力軸と発電機の回転軸との3軸に3つの回転要素が接続されたものであれば如何なるものとしても構わない。
なお、実施例の主要な要素と発明の概要の欄に記載した発明の主要な要素との対応関係は、実施例が発明の概要の欄に記載した発明を実施するための形態を具体的に説明するための一例であることから、発明の概要の欄に記載した発明の要素を限定するものではない。即ち、発明の概要の欄に記載した発明についての解釈はその欄の記載に基づいて行なわれるべきものであり、実施例は発明の概要の欄に記載した発明の具体的な一例に過ぎないものである。
以上、本発明を実施するための形態について実施例を用いて説明したが、本発明はこうした実施例に何等限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、種々なる形態で実施し得ることは勿論である。
本発明は、ハイブリッド車の製造産業などに利用可能である。
Claims (5)
- 内燃機関と、
前記内燃機関の出力軸に動力を入出力可能で、前記内燃機関の回転数に対応する回転数で回転し、該回転に伴って逆起電力を発生する発電機と、
前記発電機を駆動する発電機用インバータ回路と、
車軸に動力を入出力可能な電動機と、
前記電動機を駆動する電動機用インバータ回路と、
前記発電機用インバータ回路および前記電動機用インバータ回路を介して前記発電機および前記電動機と電力をやりとり可能な二次電池と、
前記二次電池に蓄えられた蓄電量の全容量に対する割合である蓄電割合を検出する蓄電割合検出手段と、
シフトポジションがニュートラルポジションで前記発電機用インバータ回路および前記電動機用インバータ回路がゲート遮断されている状態で前記検出された蓄電割合が予め定められた所定の蓄電割合以下である所定条件が成立したとき、停車が確保された状態である停車確保状態であることを条件として前記発電機により前記内燃機関がモータリングされて始動されるよう前記内燃機関と前記発電機とを制御し、前記内燃機関の始動後は前記発電機用インバータ回路がゲート遮断されるよう該発電機用インバータ回路を制御すると共に前記発電機で回転に伴って発生する逆起電力が前記発電機用インバータ回路に作用する電圧よりも大きくなる回転数で前記内燃機関が運転されるよう該内燃機関を制御する制御手段と、
を備えるハイブリッド車。 - 請求項1記載のハイブリッド車であって、
前記制御手段は、前記内燃機関の始動後、前記停車確保状態であるときには、前記内燃機関からの動力を用いた前記発電機の発電電力による前記二次電池の充電が行なわれるよう前記内燃機関と前記発電機とを制御する手段である、
ハイブリッド車。 - 請求項1記載のハイブリッド車であって、
情報を報知する報知手段を備え、
前記制御手段は、前記所定条件が成立したときに前記停車確保状態でないときには、前記停車確保状態にするための操作の実行を運転者に促すための情報を報知するよう前記報知手段を制御する手段である、
ハイブリッド車。 - 請求項1に記載のハイブリッド車であって、
前記車軸に連結された駆動軸と前記内燃機関の出力軸と前記発電機の回転軸との3軸に3つの回転要素が接続された遊星歯車機構を備え、
前記電動機は、前記駆動軸に動力を入出力可能である、
ハイブリッド車。 - 内燃機関と、前記内燃機関の出力軸に動力を入出力可能で前記内燃機関の回転数に対応する回転数で回転し該回転に伴って逆起電力を発生する発電機と、前記発電機を駆動する発電機用インバータ回路と、車軸に動力を入出力可能な電動機と、前記電動機を駆動する電動機用インバータ回路と、前記発電機用インバータ回路および前記電動機用インバータ回路を介して前記発電機および前記電動機と電力をやりとり可能な二次電池と、を備えるハイブリッド車の制御方法であって、
シフトポジションがニュートラルポジションで前記発電機用インバータ回路および前記電動機用インバータ回路がゲート遮断されている状態で前記二次電池に蓄えられた蓄電量の全容量に対する割合である蓄電割合が予め定められた所定の蓄電割合以下である所定条件が成立したとき、停車が確保された状態である停車確保状態であることを条件として前記発電機により前記内燃機関がモータリングされて始動されるよう前記内燃機関と前記発電機とを制御し、前記内燃機関の始動後は前記発電機用インバータ回路がゲート遮断されるよう該発電機用インバータ回路を制御すると共に前記発電機で回転に伴って発生する逆起電力が前記発電機用インバータ回路に作用する電圧よりも大きくなる回転数で前記内燃機関が運転されるよう該内燃機関を制御する、
ことを特徴とするハイブリッド車の制御方法。
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