JP5333351B2 - 車両の制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、車両の制御装置に関し、特に、内燃機関の出力軸に巻回されたベルトの保護を行う車両の制御装置に関する。

一般に、車両に搭載されるエンジンは、出力軸としてのクランクシャフトを有しており、このクランクシャフトには、吸排気バルブの開閉と、ピストンの上下動とのタイミングを適切に計るためタイミングベルトや、補機類に動力を伝達するための補機ベルトなどのベルトが巻回されている。

このベルトには、エンジンの始動時に大きな力や偏った力がかかるとともに、経年変化により劣化し、張力が低下してしまうということが知られている。このようにベルトが劣化してしまうと、吸気バルブと排気バルブの開閉タイミングがずれてしまったり、ベルトのスリップに起因して補機類への動力伝達の効率が低下する可能性が生じる。

このため、クランクシャフトと発電機の回転軸とに巻回されたベルトのスリップを検出した場合に、発電機の負荷を所定時間低下させ、ベルトのスリップを解消することにより発電効率の低下を防止する制御装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。

この制御装置は、エンジンと、ベルトを介してエンジンから伝達される駆動力により発電する発電機と、発電機からの電力を蓄電する蓄電池と、発電機および蓄電池からの電力で駆動する駆動モータと、を備えた車両に設置される。そして、制御装置は、エンジンの回転速度と発電機の回転速度との実速比を算出し、この実速比が許容範囲を逸脱した場合には、ベルトにスリップが発生していると判断する。そして、発電機の負荷を所定時間低下させ、実速比が許容範囲に収まるよう発電機のトルクを制御するようになっている。

特開平１０−９４２９５号公報

しかしながら、上述のような特許文献１に記載の従来の制御装置にあっては、ベルトの劣化に起因してスリップが発生した場合に発電機に対する制御を開始するようになっているものの、ベルトが劣化する前にベルトに加わる負荷を低減するようなものではなかった。そのため、ベルトの劣化を抑制しベルトを長寿命化することができないという問題があった。

本発明は、このような問題を解決するためになされたもので、ベルトの劣化を抑制しベルトを長寿命化することができる車両の制御装置を提供することを目的とする。

本発明に係る車両の制御装置は、上記目的達成のため、（１）内燃機関と、前記内燃機関から出力された動力により発電が可能な発電機と、前記内燃機関の出力軸および少なくとも一つの回転軸に巻回されたベルトと、を備え、前記内燃機関の駆動により前記ベルトが前記出力軸の回転を前記少なくとも一つの回転軸に伝達する車両の制御装置であって、前記発電機に対する発電要求の度合いを算出する要求度合い算出手段と、前記要求度合い算出手段により算出された発電要求の度合いに応じて前記内燃機関による出力が増大するよう前記内燃機関を制御する制御手段と、を備え、前記制御手段は、前記要求度合い算出手段により算出された発電要求の度合いが低い場合には高い場合と比較して、前記発電機が前記内燃機関に与える負荷の単位時間当たりの上昇率を低減することを特徴とする。

この構成により、発電を目的とする内燃機関の出力上昇など内燃機関に対する出力の急激な増加が要求されていない場合には、内燃機関に与えられる負荷の単位時間当たりの上昇率を低減することができる。これにより、内燃機関の出力軸に巻回されたベルトに急激な負荷がかかることを防止でき、ベルトの劣化を低減し長寿命化を図ることが可能となる。また、内燃機関の始動時において内燃機関に負荷が急激に加わったりエンジン回転数が急上昇することを抑制できるので、貧潤滑状態に起因する焼き付きやスカッフの発生を防止できる。

また、上記（１）に記載の車両の制御装置において、（２）前記制御手段は、前記要求度合い算出手段により算出された発電要求の度合いが低い場合には高い場合と比較して、前記内燃機関の機関回転数の単位時間当たりの上昇率を低減することを特徴とする。

この構成により、発電を目的とする内燃機関の出力上昇など内燃機関に対する出力の急激な増加が要求されていない場合には、内燃機関の機関回転数の単位時間当たりの上昇率を低減することができる。これにより、内燃機関の出力軸に巻回されたベルトに急激な負荷がかかることを防止でき、ベルトの劣化を低減し長寿命化を図ることが可能となる。

また、上記（１）または（２）に記載の車両の制御装置において、（３）前記車両に対する運転者の加速要求の大きさを検出する加速要求検出手段を備え、前記制御手段は、前記加速要求検出手段により運転者の加速要求がないと検出された場合には加速要求があると検出された場合と比較して、前記発電機が前記内燃機関に与える負荷の単位時間当たりの上昇率を低減することを特徴とする。

この構成により、内燃機関の出力が車両の駆動に用いられる可能性が低く出力の急激な上昇が必要とされない場合には、内燃機関に与えられる負荷の上昇率を低減することにより、内燃機関の出力軸に巻回されたベルトに急激な負荷がかかることを防止でき、ベルトの劣化を低減し長寿命化を図ることが可能となる。

また、上記（３）に記載の車両の制御装置において、（４）前記制御手段は、前記加速要求検出手段により運転者の加速要求がないと検出された場合には加速要求があると検出された場合と比較して、前記内燃機関の機関回転数の単位時間当たりの上昇率を低減することを特徴とする。

この構成により、内燃機関の出力が車両の駆動に用いられる可能性が低く出力の急激な上昇が必要とされない場合には、内燃機関の機関回転数の上昇率を低減することにより、内燃機関の出力軸に巻回されたベルトに急激な負荷がかかることを防止でき、ベルトの劣化を低減し長寿命化を図ることが可能となる。

また、上記（１）から（４）に記載の車両の制御装置において、（５）前記ベルトは、前記出力軸と、前記内燃機関の吸気カムシャフトおよび前記排気カムシャフトに巻回され、前記出力軸の回転を前記吸気カムシャフトおよび前記排気カムシャフトに伝達するタイミングベルトにより構成されていることを特徴とする。

この構成により、タイミングベルトに急激な負荷がかかることを防止でき、タイミングベルトの劣化を低減し長寿命化を図ることが可能となる。

また、上記（１）から（４）に記載の車両の制御装置において、（６）前記ベルトは、前記出力軸と、前記発電機のロータに巻回され、前記出力軸の回転を前記ロータに伝達する補機ベルトにより構成されていることを特徴とする。

この構成により、補機ベルトに急激な負荷がかかることを防止でき、補機ベルトの劣化を低減し長寿命化を図ることが可能となる。

また、上記（１）から（６）に記載の車両の制御装置において、（７）前記ベルトの劣化度合いを算出する劣化度合い算出手段を備え、前記制御手段は、前記劣化度合い算出手段により算出された劣化度合いが所定値を超えていることを条件に、前記要求度合い算出手段により算出された発電要求の度合いが低い場合には高い場合と比較して、前記発電機が前記内燃機関に与える負荷の単位時間当たりの上昇率を低減することを特徴とする。

この構成により、ベルトの劣化度合いが所定値を超え、ベルトの劣化が急速に進行する可能性が高まった場合においても、ベルトに急激な負荷がかかることを防止することにより、ベルトの劣化の急速な進行を防止し、ベルトの長寿命化を図ることが可能となる。

また、上記（７）に記載の車両の制御装置において、（８）前記制御手段は、前記劣化度合い算出手段により算出された劣化度合いが所定値を超えていることを条件に、前記要求度合い算出手段により算出された発電要求の度合いが低い場合には高い場合と比較して、前記内燃機関の機関回転数の単位時間当たりの上昇率を低減することを特徴とする。

この構成により、ベルトの劣化度合いが所定値を超え、ベルトの劣化が急速に進行する可能性が高まった場合においても、ベルトに急激な負荷がかかることを防止することにより、ベルトの劣化の急速な進行を防止し、ベルトの長寿命化を図ることが可能となる。

本発明によれば、ベルトの劣化を抑制しベルトを長寿命化することができる。

本発明の実施の形態に係る制御装置を搭載した車両の概略構成図である。 本発明の実施の形態に係るエンジンの概略斜視図である。 本発明の実施の形態に係るＳＯＣの時間変化を表すグラフである。 本発明の実施の形態に係るエンジンの燃費曲線を表すグラフである。 本発明の実施の形態に係るエンジン始動制御を説明するためのグラフである。 本発明の実施の形態に係るエンジン始動制御処理を説明するためのフローチャートである。 本発明の実施の形態に係るタイミングベルトの寿命を説明するためのＳ−Ｎ線図である。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。なお、以下の説明においては、モータジェネレータのみによる走行が可能なパラレルシリーズ式のハイブリッド車両に本発明に係る車両の制御装置が適用される場合を例に説明する。

図１に示すように、ハイブリッド車両１１は、内燃機関としてのエンジン１２と、エンジン１２から入力された動力を駆動軸としてのドライブシャフト１３を介して駆動輪１４Ｌ、１４Ｒに伝達する動力伝達装置１５と、ハイブリッド車両１１全体を制御するハイブリッド用電子制御ユニット（以下、ハイブリッドＥＣＵという）１００と、を備えている。

エンジン１２は、ガソリンあるいは軽油などの燃料を燃焼させて動力を出力するようになっており、エンジン１２の運転状態を検出する各種センサから信号を入力するエンジン用電子制御ユニット（以下、エンジンＥＣＵという）１０１によって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が行われるようになっている。

エンジンＥＣＵ１０１は、ハイブリッドＥＣＵ１００と高速ＣＡＮ（Controller Area Network）を介して通信するようになっており、ハイブリッドＥＣＵ１００から入力される制御信号に基づいてエンジン１２を運転制御するとともに、必要に応じてエンジン１２の運転状態に関するデータをハイブリッドＥＣＵ１００に出力するようになっている。

動力伝達装置１５は、モータジェネレータＭＧ１と、モータジェネレータＭＧ２と、モータジェネレータＭＧ２のロータシャフト３６に接続される減速機１７と、エンジン１２およびモータジェネレータＭＧ１の間で動力分配を行う動力分配機構１８と、を備えている。

動力分配機構１８は、エンジン１２の出力軸としてのクランクシャフト１９に軸中心を貫通された中空のサンギヤ軸２０に結合されたサンギヤ２１と、サンギヤ２１と中心軸を同一とするリングギヤ２２と、サンギヤ２１とリングギヤ２２との間に配置され、サンギヤ２１の外周を自転しながら公転する複数のピニオンギヤ２３と、クランクシャフト１９の端部にダンパ２４を介して結合された入力軸２６と、を備えている。また、動力分配機構１８は、各ピニオンギヤ２３の回転軸を支持するキャリア２５を備えており、サンギヤ２１、リングギヤ２２およびキャリア２５を回転要素として差動作用を行う遊星歯車機構を構成している。

モータジェネレータＭＧ１は、この動力分配機構１８による動力の分配や統合に応じて、発電機および電動機として機能する。すなわち、ハイブリッド車両１１の走行時において、動力分配機構１８は、エンジン１２からキャリア２５に入力された動力を、サンギヤ２１側と、リングギヤ２２側と、にそのギヤ比に応じて分配することにより、モータジェネレータＭＧ１を発電機として機能させるとともに、その動力を駆動輪１４Ｌ、１４Ｒにも伝達するようになっている。また、ハイブリッド車両１１の走行時において、モータジェネレータＭＧ１が電動機として機能するときには、動力分配機構１８は、キャリア２５から入力されるエンジン１２からの動力と、サンギヤ２１から入力されるモータジェネレータＭＧ１からの動力と、を統合してリングギヤ２２側に出力するようになっている。

さらに、ハイブリッド車両１１の停止中にエンジン１２が始動した場合には、動力分配機構１８は、エンジン１２からの動力をモータジェネレータＭＧ１に伝達するようになっており、この動力によりモータジェネレータＭＧ１は発電機として機能するようになっている。

また、モータジェネレータＭＧ２は、エンジン１２の停止中における発進時および軽負荷走行時に、駆動源として機能し動力を駆動輪１４Ｌ、１４Ｒに伝達するようになっている。

モータジェネレータＭＧ１は、回転磁界を形成するステータ２８と、ステータ２８の内部に配置され、複数個の永久磁石が埋め込まれているロータ２９と、を備えており、ステータ２８は、ステータコアおよびステータコアに巻回される三相コイルを備えている。

ロータ２９は、動力分配機構１８のサンギヤ２１と一体的に回転するサンギヤ軸２０に結合されており、ステータ２８のステータコアは、例えば、電磁鋼板の薄板を積層して形成され、本体ケース５１の内周部に固定されている。したがって、モータジェネレータＭＧ１は本体ケース５１に収納されている。

このように構成されるモータジェネレータＭＧ１は、ロータ２９に埋め込まれた永久磁石による磁界と三相コイルによって形成される磁界との相互作用によりロータ２９を回転駆動する電動機として動作するようになっている。また、モータジェネレータＭＧ１は、永久磁石による磁界とロータ２９の回転との相互作用により三相コイルの両端に起電力を生じさせる発電機としても動作するようになっている。

また、モータジェネレータＭＧ２は、回転磁界を形成するステータ３２と、ステータ３２の内部に配置され複数個の永久磁石が埋め込まれたロータ３３と、を備えており、ステータ３２は、ステータコアおよびステータコアに巻回される三相コイルを備えている。

ロータ３３のロータシャフト３６は、減速機１７に接続されており、ステータ３２のステータコアは、例えば、電磁鋼板の薄板を積層して形成され、本体ケース５１の内周部に固定されている。したがって、モータジェネレータＭＧ２は本体ケース５１に収納されている。

モータジェネレータＭＧ２は、永久磁石による磁界とロータ３３の回転との相互作用によって三相コイルの両端に起電力を生じさせる発電機としても動作するようになっている。また、モータジェネレータＭＧ２は、永久磁石による磁界と三相コイルによって形成される磁界との相互作用によりロータ３３を回転駆動する電動機としても動作するようになっている。

また、減速機１７は、キャリア３８が動力伝達装置１５の本体ケース５１に固定された構造を有することにより減速を行うようになっている。具体的には、減速機１７は、ロータ３３のロータシャフト３６に結合されたサンギヤ３７と、動力分配機構１８のリングギヤ２２と一体的に回転するリングギヤ３９と、リングギヤ３９およびサンギヤ３７に噛合し、サンギヤ３７の回転をリングギヤ３９に伝達するピニオンギヤ４０と、ピニオンギヤ４０を回転自在に支持する支持軸を有するキャリア３８と、を備えている。

また、減速機１７は、サンギヤ３７、リングギヤ３９およびキャリア３８を回転要素として差動作用を行う遊星歯車機構を構成している。

さらに、減速機１７のリングギヤ３９および動力分配機構１８のリングギヤ２２には、カウンタドライブギヤ５２が一体回転するように設けられている。カウンタドライブギヤ５２は、ギヤ機構５６に接続され、ギヤ機構５６は、デファレンシャルギヤ５７に接続されている。カウンタドライブギヤ５２に出力された動力は、カウンタドライブギヤ５２からギヤ機構５６を介して、デファレンシャルギヤ５７に伝達されるようになっている。

デファレンシャルギヤ５７は、ドライブシャフト１３に接続され、ドライブシャフト１３は、駆動輪１４Ｌ、１４Ｒに接続されている。デファレンシャルギヤ５７に伝達された動力は、ドライブシャフト１３を介して、駆動輪１４Ｌ、１４Ｒに出力するようになっている。

また、モータジェネレータＭＧ１およびモータジェネレータＭＧ２は、インバータ６１およびインバータ６２を介してバッテリ６３との間で電力のやりとりを行うようになっている。

インバータ６１およびインバータ６２とバッテリ６３とを接続する電力ライン６４は、インバータ６１およびインバータ６２が共用する正極母線および負極母線として構成されており、モータジェネレータＭＧ１、ＭＧ２のいずれか一方で発電される電力を他方のモータジェネレータで消費することができるようになっている。したがって、バッテリ６３は、モータジェネレータＭＧ１およびモータジェネレータＭＧ２のいずれかから生じた電力や不足する電力により充放電されることになる。

また、モータジェネレータＭＧ１およびモータジェネレータ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）１０２により駆動制御されるようになっている。

モータＥＣＵ１０２には、モータジェネレータＭＧ１およびモータジェネレータＭＧ２を駆動制御するために必要な信号、例えば、モータジェネレータＭＧ１およびモータジェネレータＭＧ２の回転子の回転位置をそれぞれ検出する回転位置検出センサ１１１および回転位置検出センサ１１２から入力される信号や図示しない電流センサにより検出されるモータジェネレータＭＧ１およびモータジェネレータＭＧ２に印加される相電流等が入力されている。一方、モータＥＣＵ１０２は、インバータ６１およびインバータ６２にスイッチング制御信号を出力するようになっている。

モータＥＣＵ１０２は、ハイブリッドＥＣＵ１００と高速ＣＡＮを介して通信するようになっており、ハイブリッドＥＣＵ１００から入力される制御信号に応じてインバータ６１およびインバータ６２を制御することにより、モータジェネレータＭＧ１およびモータジェネレータＭＧ２を駆動するようになっている。また、モータＥＣＵ１０２は、必要に応じてモータジェネレータＭＧ１およびモータジェネレータＭＧ２の運転状態に関するデータをハイブリッドＥＣＵ１００に出力するようになっている。

バッテリ６３は、バッテリ用電子制御ユニット（以下、バッテリＥＣＵという）１０３によって蓄電容量や温度などの状態を管理されており、バッテリＥＣＵ１０３には、バッテリ６３の状態を管理するのに必要な信号、例えば、バッテリ６３の端子間に設置された図示しない電圧センサからの端子間電圧、バッテリ６３の出力端子に接続された電力ライン６４に取り付けられた図示しない電流センサからの充放電電流、バッテリ６３に取り付けられた図示しない温度センサからの電池温度などが入力されるようになっている。また、バッテリＥＣＵ１０３は、必要に応じてバッテリ６３の状態に関するデータをハイブリッドＥＣＵ１００に出力するようになっている。また、バッテリＥＣＵ１０３は、バッテリ６３の状態を管理するために電流センサにより検出された充放電電流の積算値に基づいて残容量を表すＳＯＣ（State of charge）も算出するようになっている。

一方、図１に示すように、ハイブリッドＥＣＵ１００は、ＣＰＵ（Central processing unit）１００ａを中心とするマイクロプロセッサから構成されている。ハイブリッドＥＣＵ１００は、さらに、処理プログラムを記憶するＲＯＭ（Read only memory）１００ｂと、データを一時的に記憶するＲＡＭ（Random access memory）１００ｃと、図示しない入出力ポートおよび通信ポートと、を備えている。

ハイブリッドＥＣＵ１００には、イグニッションスイッチ（ＩＧ）１１３からのイグニッション信号Ｉｇ、運転手により手動操作されるシフトレバー９１の操作位置を検出するシフトポジションセンサ１１４からのシフトポジション信号ＳＰ、運転手により踏み込まれるアクセルペダル９２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１１５からのアクセル開度信号Ａｃｃ、ブレーキペダル９３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１１６からのブレーキペダルポジション信号ＢＰ、車速センサ１１７からの車速信号Ｖなどが、それぞれ入力ポートを介して入力されるようになっている。ここで、アクセルペダルポジションセンサ１１５は、本発明に係る加速要求検出手段を構成する。

なお、ハイブリッドＥＣＵ１００は、前述したように、エンジンＥＣＵ１０１やモータＥＣＵ１０２、バッテリＥＣＵ１０３と高速ＣＡＮを介して互いに接続されており、エンジンＥＣＵ１０１やモータＥＣＵ１０２、バッテリＥＣＵ１０３と各種制御信号やデータのやりとりを行うようになっている。

図２に示すように、エンジン１２は、吸気カムシャフト７３および排気カムシャフト７４が、図示しないシリンダヘッドの上部に回転可能に設けられている。

吸気カムシャフト７３には、吸気バルブ７１の上端に当接する吸気カム７５が設けられており、吸気カムシャフト７３が回転すると、吸気カム７５により吸気バルブ７１が開閉駆動されるようになっている。

また、排気カムシャフト７４には、排気バルブ７２の上端に当接する排気カム７６が設けられており、排気カムシャフト７４が回転すると、排気カム７６により排気バルブ７２が開閉駆動されるようになっている。

吸気カムシャフト７３の一端部には、吸気カムシャフト７３を吸気カムスプロケット８８に対して回転させる吸気側回転位相コントローラ７７が設けられている。また、排気カムシャフト７４の一端部には、排気カムシャフト７４を排気カムスプロケット８９に対して回転させる排気側回転位相コントローラ７８が設けられている。一方、駆動側回転軸であるクランクシャフト１９には、クランクスプロケット７９が取り付けられている。

なお、吸気側回転位相コントローラ７７は、エンジンＥＣＵ１０１を介してハイブリッドＥＣＵ１００に制御されることにより、吸気カムシャフト７３を吸気カムスプロケット８８に対して回転させ、遅角制御を行うことができるようになっている。また、排気側回転位相コントローラ７８は、エンジンＥＣＵ１０１を介してハイブリッドＥＣＵ１００に制御されることにより、排気カムシャフト７４を排気カムスプロケット８９に対して回転させ、遅角制御を行うことができるようになっている。

これら吸気カムスプロケット８８、排気カムスプロケット８９およびクランクスプロケット７９には、タイミングベルト８０が巻き掛けられている。これにより、タイミングベルト８０によって、クランクスプロケット７９の回転が、吸気カムスプロケット８８および排気カムスプロケット８９に伝達される。すなわち、駆動側回転軸としてのクランクシャフト１９の回転が、タイミングベルト８０を介して、従動側回転軸としての吸気カムシャフト７３および排気カムシャフト７４に伝達される。これにより、吸気カムシャフト７３および排気カムシャフト７４に駆動される吸気バルブ７１および排気バルブ７２が、シリンダヘッドに形成された吸気ポートおよび排気ポートをクランクシャフト１９に同期して開閉するようになっている。

また、タイミングベルト８０は、テンショナ８１およびアイドラプーリ８２によって経路が規制されている。さらに、タイミングベルト８０は、テンショナ８１によって適度なテンションが与えられ、吸気カムスプロケット８８、排気カムスプロケット８９およびクランクスプロケット７９から外れることが防止されている。

上記のように、タイミングベルト８０は、エンジン１２の出力軸であるクランクシャフト１９の回転力を、吸気バルブ７１および排気バルブ７２を駆動する吸気カムシャフト７３および排気カムシャフト７４に伝達するようになっている。

エンジン１２には、さらに、クランク角センサ６５、吸気カム角センサ６６および排気カム角センサ６７が設置されている。

吸気カム角センサ６６は、エンジンＥＣＵ１０１を介してハイブリッドＥＣＵ１００によって制御されることにより、吸気カムシャフト７３の回転数を検出して、検出した回転数に応じた検出信号をエンジンＥＣＵ１０１を介してハイブリッドＥＣＵ１００に出力するようになっている。より詳しくは、吸気カム角センサ６６は、吸気カムシャフト７３に設けられた吸気カムセンサプレート８５の所定の位置、すなわち、所定の回転角を検出し、吸気カムシャフト７３の回転角の検出を行うようになっている。

排気カム角センサ６７は、吸気カム角センサ６６と同様に、ハイブリッドＥＣＵ１００によって制御されることにより、排気カムシャフト７４の回転数を検出して、検出した回転数に応じた検出信号をエンジンＥＣＵ１０１を介してハイブリッドＥＣＵ１００に出力するようになっている。より詳しくは、排気カム角センサ６７は、排気カムシャフト７４に設けられた排気カムセンサプレート８６の所定の位置、すなわち、所定の回転角を検出し、排気カムシャフト７４の回転角の検出を行うようになっている。

また、クランクシャフト１９には、クランクシャフト１９とともに回転するクランクセンサプレート８４が設けられている。クランク角センサ６５は、電磁ピックを有し、クランクセンサプレート８４の信号歯の突起により、クランクシャフト１９が回転すると、コイル部を通過する磁束が増減し、起電力が発生される。この発生電圧は、クランクセンサプレート８４の突起部がクランク角センサ６５に近づくときと離れるときとでは逆向きになるため、交流電流として現れる。また、クランク角センサ６５は、この信号を矩形波に整形して、Ｎｅ信号としてエンジンＥＣＵ１０１を介してハイブリッドＥＣＵ１００に出力するようになっている。

図１に戻り、ハイブリッドＥＣＵ１００は、エンジン１２の停止時において、バッテリＥＣＵ１０３から入力された情報に基づき、ＳＯＣが低下しバッテリ６３に対する充電が必要と判断した場合には、エンジンＥＣＵ１０１を介してエンジン１２を始動し、エンジン１２の出力をモータジェネレータＭＧ１に伝達することにより、モータジェネレータＭＧ１による発電を実行するようになっている。

ハイブリッドＥＣＵ１００は、バッテリＥＣＵ１０３によって上述のように算出されたＳＯＣが、図３に示す制御上限値と制御下限値との間になるようエンジン１２およびモータジェネレータＭＧ１を制御するようになっている。

バッテリ６３のＳＯＣは、モータジェネレータＭＧ１を回生ブレーキとして使用する場合にバッテリ６３がエネルギーを回収できるよう、通常は６０％程度に設定される。また、ＳＯＣの上限値と下限値とは、バッテリ６３の劣化を抑制するために、たとえば、上限値を８０％とし、下限値を３０％として設定され、ハイブリッドＥＣＵ１００は、モータＥＣＵ１０２を介してＳＯＣが上限値および下限値を超えないようにモータジェネレータＭＧ１による発電や回生、モータ出力を制御するようになっている。なお、上述したＳＯＣの上限値や下限値などの値は単なる一例である。

また、ハイブリッドＥＣＵ１００は、ＳＯＣの低下が急激であり充電が特に必要な場合には、エンジン１２の出力を増加してモータジェネレータＭＧ１による発電量を増大し、バッテリ６３に対する充電量を増加するようになっている。

以下、本発明の実施の形態に係る車両の制御装置の特徴的な構成について、図１ないし図４を参照して説明する。

ハイブリッド車両１１の制御装置を構成するハイブリッドＥＣＵ１００は、エンジン１２の停止中において、バッテリＥＣＵ１０３により算出されたＳＯＣが所定値を下回った場合には、モータジェネレータＭＧ１に対する発電要求が発生したと判断するようになっている。このとき、バッテリＥＣＵ１０３は、電流センサにより検出されたバッテリ６３からの放電電流の大きさをハイブリッドＥＣＵ１００に送信するようになっており、ハイブリッドＥＣＵ１００は、この放電電流が大きいほどバッテリ６３におけるＳＯＣの低下が急速であるためモータジェネレータＭＧ１による発電量を増加する必要が高いと判断するようになっている。

したがって、ハイブリッドＥＣＵ１００は、発電機に対する発電要求の度合いを算出する要求度合い算出手段を構成する。

また、ハイブリッドＥＣＵ１００は、ＳＯＣが３０％付近まで低下すると、このＳＯＣを６０％の近傍に上昇させるため、モータジェネレータＭＧ１において発電に要するトルクに対応した目標エンジン負荷Ｋｌｔと、この目標エンジン負荷Ｋｌｔに応じた目標エンジン回転数Ｎｅｔとを設定する。なお、モータジェネレータＭＧ１において発電に要するトルクは、インバータ６１に対する制御信号の送信時間や送信間隔を制御することにより調節されるようになっており、発電に要するトルクとインバータに対する制御信号の送信時間および送信間隔は、インバータ制御マップとして予めＲＯＭ１００ｂに記憶されている。

また、ハイブリッドＥＣＵ１００は、エンジンＥＣＵ１０１を介して、停止中のエンジン１２を始動してアイドル運転を実行させ、このアイドル運転が安定した場合には、エンジン負荷Ｋｌおよびエンジン回転数Ｎｅがそれぞれ目標エンジン負荷Ｋｌｔおよび目標エンジン回転数Ｎｅｔに上昇するようエンジン１２を制御する。

また、ハイブリッドＥＣＵ１００は、アイドル運転時のエンジン負荷Ｋｌｉから目標エンジン負荷Ｋｌｔまでの上昇率を設定する。この上昇率は、バッテリ６３に対する急速な充電が要求されていない場合には、例えば６０秒でアイドル運転時のエンジン負荷Ｋｌｉから目標エンジン負荷Ｋｌｔに到達するように設定する。

一方、バッテリ６３に対する急速な充電が要求されている場合には、バッテリ６３に対する急速な充電が要求されていない場合と比較して上昇率を高く設定する。この場合、上昇率は予め定められた所定値であってもよいが、ハイブリッドＥＣＵ１００は、ＳＯＣの低下速度が大きいほど上昇率が高くなるよう設定すると好適である。このため、ハイブリッドＥＣＵ１００は、ＳＯＣの低下速度とエンジン負荷Ｋｌの上昇率とを対応付けたマップをＲＯＭ１００ｂに記憶しておくようにする。

したがって、ハイブリッドＥＣＵ１００は、要求度合い算出手段により算出された発電要求の度合いが低い場合には高い場合と比較して、発電機が内燃機関に与える負荷の単位時間当たりの上昇率を低減する制御手段を構成する。

なお、ハイブリッドＥＣＵ１００は、アクセルペダルポジションセンサ１１５からアクセル開度信号Ａｃｃを入力し、アクセル開度が０でありハイブリッド車両１１に対する運転者の加速要求がないと判断した場合には、エンジン１２に対する駆動力の急速な増加の必要性が低いと判断し、エンジン負荷Ｋｌの上昇率を低く設定する。一方、アクセル開度が０より大きくハイブリッド車両１１に対する運転者の加速要求があると判断した場合には、エンジン１２に対する駆動力の急速な増加の必要性が高いと判断し、エンジン負荷Ｋｌの上昇率を高く設定するようにしてもよい。

また、ハイブリッドＥＣＵ１００は、エンジン負荷Ｋｌの上昇率をＳＯＣの低下速度とアクセル開度信号Ａｃｃとの両方から算出するようにしてもよい。この場合、ＳＯＣの低下速度およびアクセル開度とエンジン負荷Ｋｌの上昇率とを対応付けた２次元マップをＲＯＭ１００ｂに記憶しておくようにする。

また、ハイブリッドＥＣＵ１００は、エンジン負荷Ｋｌの上昇に応じてエンジン回転数Ｎｅを上昇させるようにする。

この場合、ハイブリッドＥＣＵ１００は、エンジンＥＣＵ１０１を介してエンジン１２に接続された吸気管に設置されているスロットル弁の開度や、燃料噴射量などを制御することにより、図４に示す燃費曲線にしたがってエンジン回転数Ｎｅを上昇させるようにする。燃費曲線は、エンジン回転数Ｎｅとエンジン負荷Ｋｌとを燃費が最適化されるよう対応付けたものであり、燃費曲線マップとして予めＲＯＭ１００ｂに記憶されている。ハイブリッドＥＣＵ１００は、エンジン負荷Ｋｌに応じたエンジン回転数Ｎｅを、この燃費曲線マップを参照して算出し、エンジン１２がこのエンジン回転数ＮｅとなるようエンジンＥＣＵ１０１を介してエンジン１２を制御する。

図５に示すように、ハイブリッドＥＣＵ１００は、エンジン１２が停止している時刻Ｔ１においてバッテリ６３に対する充電が必要と判断すると、エンジン１２を始動し、時刻Ｔ２までアイドル運転を実行する。このとき、ハイブリッドＥＣＵ１００は、エンジン負荷Ｋｌを５％、エンジン回転数Ｎｅを８００ｒｐｍに設定している。ここで、時刻Ｔ２は、エンジン１２における燃焼状態の安定などエンジン１２のアイドル運転が安定するために必要な時間であり、予め実験的な測定により定められている。

また、ハイブリッドＥＣＵ１００は、時刻Ｔ１において、バッテリＥＣＵ１０３から入力されるＳＯＣの状態に基づいて、目標エンジン負荷Ｋｌｔおよび目標エンジン負荷Ｋｌｔに対応した目標エンジン回転数Ｎｅｔを設定する。本実施の形態においては、目標エンジン負荷Ｋｌｔを５０％、目標エンジン回転数Ｎｅｔを２０００ｒｐｍに設定する。

また、ハイブリッドＥＣＵ１００は、時刻Ｔ１において、バッテリＥＣＵ１０３から入力される情報に基づいて、バッテリ６３に対する急速な充電が要求されていないと判断した場合には、急速な充電が要求されている場合と比較して、現在のエンジン負荷Ｋｌから目標エンジン負荷Ｋｌｔまでのエンジン負荷上昇率を低く設定する。本実施の形態においては、エンジン負荷上昇率は、上述したようにＴ２からＴ３までの時間ΔＴが約６０秒になるよう設定されている。

そして、ハイブリッドＥＣＵ１００は、時刻Ｔ２からＴ３までの時間ΔＴにわたって、設定されたエンジン負荷上昇率でエンジン負荷Ｋｌを目標エンジン負荷ｋｌｔまで上昇させるとともに、エンジン回転数Ｎｅを目標エンジン回転数Ｎｅｔまで上昇させる。

このように、本実施の形態におけるハイブリッドＥＣＵ１００は、エンジン１２の停止中に発電要求が発生した場合には、時刻Ｔ２からＴ３まで任意の時間をかけてエンジン負荷Ｋｌおよびエンジン回転数Ｎｅを上昇させるので、従来のようにエンジン１２の始動直後に常に目標エンジン負荷Ｋｌｔおよび目標エンジン回転数Ｎｅｔに到達するようエンジン１２を制御する場合と比較して、タイミングベルト８０に加わる負荷を低減し、タイミングベルト８０の長寿命化を図ることができる。

図６は、本発明の実施の形態に係るエンジン始動制御処理を説明するためのフローチャートである。

なお、以下の処理は、ハイブリッドＥＣＵ１００を構成するＣＰＵ１００ａによって所定の時間間隔で実行されるとともに、ＣＰＵ１００ａによって処理可能なプログラムを実現する。

まず、ハイブリッドＥＣＵ１００は、ハイブリッド車両１１がエンジン１２により駆動されているか否かを判断する（ステップＳ１１）。ハイブリッドＥＣＵ１００は、エンジン１２の停止中など、ハイブリッド車両１１がエンジン１２により駆動されていないと判断した場合には（ステップＳ１１でＮＯ）、ステップＳ１２に移行する。一方、ハイブリッドＥＣＵ１００は、ハイブリッド車両１１がエンジン１２により駆動されていると判断した場合には（ステップＳ１１でＹＥＳ）、ＲＥＴＵＲＮに移行する。

次に、ハイブリッドＥＣＵ１００は、発電要求が発生しているか否かを判断する（ステップＳ１２）。具体的には、ハイブリッドＥＣＵ１００は、ＳＯＣが下限値の近傍まで低下していることを表す信号をバッテリＥＣＵ１０３から入力した場合には、発電要求が発生していると判断する。

ハイブリッドＥＣＵ１００は、発電要求が発生していると判断した場合には（ステップＳ１２でＹＥＳ）、ステップＳ１３に移行する。一方、発電要求が発生していないと判断した場合には（ステップＳ１２でＮＯ）、ＲＥＴＵＲＮに移行する。

次に、ハイブリッドＥＣＵ１００は、目標エンジン負荷Ｋｌｔを設定する（ステップＳ１３）。目標エンジン負荷Ｋｌｔは、ハイブリッド車両１１の各走行状況に応じて使用される値がそれぞれＲＯＭ１００ｂに記憶されている。したがって、ハイブリッドＥＣＵ１００は、３０％付近に低下したＳＯＣを６０％まで上昇させる場合に使用する目標エンジン負荷ＫｌｔをＲＯＭ１００ｂから取得する。

次に、ハイブリッドＥＣＵ１００は、目標エンジン回転数Ｎｅｔを設定する（ステップＳ１４）。本実施の形態においては、目標エンジン回転数Ｎｅｔは、燃費曲線において目標エンジン負荷Ｋｌｔに対応する値が設定される。

次に、ハイブリッドＥＣＵ１００は、エンジン負荷上昇率を設定する（ステップＳ１５）。具体的には、ハイブリッドＥＣＵ１００は、ＳＯＣの減少速度あるいは電流センサにより検出されたバッテリ６３からの放電電流が所定値を超えている場合には、所定値を超えていない場合と比較して、エンジン負荷上昇率を高く設定する。

次に、ハイブリッドＥＣＵ１００は、ステップＳ１５において設定されたエンジン負荷上昇率に基づいてエンジン負荷Ｋｌを上昇させる（ステップＳ１６）。エンジン負荷Ｋｌの上昇は、インバータ６１に対する制御信号の送信時間を長くするとともに、送信間隔を短くすることにより行われる。

次に、ハイブリッドＥＣＵ１００は、エンジンＥＣＵ１０１を介してスロットル弁の制御、燃料噴射量の制御など各種制御を実行し、エンジン回転数Ｎｅを上昇させる（ステップＳ１７）。

以上のように、本発明の実施の形態に係る車両の制御装置は、発電を目的とするエンジン１２の出力上昇などエンジン１２に対する出力の急激な増加が要求されていない場合には、エンジン負荷Ｋｌの単位時間当たりの上昇率を低減することができる。これにより、クランクシャフト１９に巻回されたベルトに急激な負荷がかかることを防止でき、ベルトの劣化を低減し長寿命化を図ることが可能となる。また、エンジン１２の始動時においてエンジン１２に負荷が急激に加わったりエンジン回転数が急上昇することを抑制できるので、貧潤滑状態に起因する焼き付きやピストンの摺動面におけるスカッフの発生を防止できる。

また、エンジン１２の出力がハイブリッド車両１１の駆動に用いられる可能性が低く出力の急激な上昇が必要とされない場合には、エンジン負荷Ｋｌおよびエンジン回転数Ｎｅの上昇率を低減することにより、クランクシャフト１９に巻回されたベルトに急激な負荷がかかることを防止でき、ベルトの劣化を低減し長寿命化を図ることが可能となる。

また、クランクシャフト１９の回転数が急上昇することを抑制できるので、クランクシャフト１９に巻回されたタイミングベルト８０に急激な負荷がかかることを防止でき、タイミングベルト８０の劣化を低減し長寿命化を図ることが可能となる。

なお、以上の説明においては、エンジン１２の駆動力が駆動輪１４Ｌ、１４Ｒに伝達可能なパラレルシリーズ式のハイブリッド車両に本発明に係る制御装置が適用される場合について説明したが、これに限定されず、エンジンからの出力が発電機のみに伝達するシリーズ式のハイブリッド車両に本発明に係る制御装置が適用されるようにしてもよい。

この場合、ハイブリッド車両は、エンジンのクランクシャフトと補機ベルトを介して接続されエンジンの出力により発電する発電機と、発電機により発電された電力を蓄電するバッテリと、バッテリに蓄電された電力によりトルクを発生するモータと、を備えており、このモータから出力されたトルクを駆動力として走行するようになっている。

そして、ハイブリッドＥＣＵは、ハイブリッド車両が走行中であるか否かにかかわらず、エンジンの停止中にバッテリのＳＯＣが下限値付近まで低下した場合には、発電要求が発生したと判断し、エンジンを始動する。このとき、ハイブリッドＥＣＵは、上述したように、ＳＯＣの低下速度が遅く発電要求の度合いが低いと判断した場合には、ＳＯＣの低下速度が速く発電要求の度合いが高いと判断した場合と比較して、エンジンの機関負荷Ｋｌの上昇率を低減する。

このような構成を有することにより、本発明に係る車両の制御装置は、クランクシャフト１９の回転数が急上昇することを抑制できるので、クランクシャフト１９に巻回された補機ベルトに急激な負荷がかかることを防止でき、補機ベルトの劣化を低減し長寿命化を図ることが可能となる。

また、ハイブリッドＥＣＵ１００は、発電要求が発生したときに、目標負荷Ｋｌｔを設定し、この目標負荷Ｋｌｔに応じて目標エンジン回転数Ｎｅｔを設定する場合について説明したが、これに限定されず、ハイブリッドＥＣＵ１００は、目標エンジン回転数Ｎｅｔを先に設定し、この目標エンジン回転数Ｎｅｔに応じて目標負荷Ｋｔｌを設定するようにしてもよい。また、ハイブリッドＥＣＵ１００は、燃費曲線にかかわらず、目標負荷Ｋｌｔおよび目標エンジン回転数Ｎｅｔをそれぞれ独立して設定するようにしてもよい。さらには、ハイブリッドＥＣＵ１００は、エンジン負荷Ｋｌの上昇率を設定する代わりに、エンジン回転数Ｎｅの上昇率を設定してもよく、エンジン負荷Ｋｌの上昇率およびエンジン回転数Ｎｅの上昇率の両方を設定するようにしてもよい。

また、以上の説明においては、ハイブリッドＥＣＵ１００は、バッテリ６３の蓄電状態に基づいて発電要求の度合いを算出する場合について説明したが、これに限定されず、ハイブリッドＥＣＵ１００は、エアコンなど各種補機に要求される電力の大きさに基づいて発電要求の度合いを算出するようにしてもよい。この場合、ハイブリッドＥＣＵ１００は、例えばエアコンＥＣＵなど各補機を制御するＥＣＵからこれらの機器の駆動状態を取得し、これらの補機の駆動状態に基づいて、必要とされている電力の大きさを発電要求の度合いとして算出する。

また、以上の説明においては、ハイブリッド車両１１が駆動状態でなく、かつ、発電要求が発生している場合には、常に、ハイブリッドＥＣＵ１００は、エンジン１２の負荷上昇率を設定する場合について説明したが、これに限定されず、ハイブリッドＥＣＵ１００は、タイミングベルト８０の劣化度合いが所定値を超えた場合にのみエンジン１２の負荷上昇率を設定するようにしてもよい。

この場合、ハイブリッドＥＣＵ１００は、以下のようにタイミングベルト８０の劣化度合いを測定する。

図７に示すように、タイミングベルト８０の寿命は、有効張力（Ｎ）と、繰り返し回数（ｎ）と、によって求められる。有効張力（Ｎ）とは、タイミングベルト８０がどれくらいの力で引っ張られているかを示す値であり、繰り返し回数（ｎ）とは、何回すなわち何回転されたかを示すものである。

例えば、タイミングベルト８０が有効張力ａで回転し続けた場合には、ｃ回転で寿命が来ることを示している。また、タイミングベルト８０が有効張力ｂで回転し続けた場合には、ｄ回転で寿命が来ることを示している。したがって、タイミングベルト８０に加わる有効張力（Ｎ）が、ａからｂとなった場合、タイミングベルト８０の寿命は、ｃ回転からｄ回転まで延長される。このように、タイミングベルト８０の寿命は、有効張力（Ｎ）と、繰り返し回数（ｎ）と、によって求められる面積によって、おおむね把握することができるようになっている。

つまり、タイミングベルト８０の寿命は、タイミングベルト８０にかかった有効張力の総和によってわかるので、予め実験的な測定によりこの総和に応じたタイミングベルト８０の寿命を算定し、この算定値をタイミングベルト８０の寿命判定値として、ハイブリッドＥＣＵ１００のＲＯＭ１００ｂに記憶しておく。

そして、ハイブリッドＥＣＵ１００は、タイミングベルト８０にかかった有効張力の総和を劣化度合いとして算出し、この劣化度合いが所定値を超えるまでは、エンジン１２によりハイブリッド車両１１を駆動する場合と同様にエンジン回転数Ｎｅを上昇させ、劣化度合いが所定値を超えた場合には、エンジン回転数Ｎｅの上昇率を低減する、エンジン負荷Ｋｌの上昇率を低減する、あるいは両方を低減するという上述したエンジン始動制御処理を実行するようにする。なお、劣化度合いの所定値としては、例えばタイミングベルト８０の寿命判定値に対する有効張力の総和の割合として定められる。したがって、ハイブリッドＥＣＵ１００は、本発明に係る劣化度合い算出手段を構成する。

また、タイミングベルト８０にかかった有効張力の総和は、フラッシュメモリなど書き込みおよび消去が可能なメモリに記憶するようにし、エンジン１２の駆動に従って加算していくようにする。

このような構成を有することにより、本発明の実施の形態に係る車両の制御装置は、ベルトの劣化度合いが所定値を超え、ベルトの劣化が急速に進行する可能性が高まった場合においても、ベルトに急激な負荷がかかることを防止することにより、ベルトの劣化の急速な進行を防止し、ベルトの長寿命化を図ることが可能となる。

以上のように、本発明に係る車両の制御装置は、ベルトの劣化を抑制しベルトを長寿命化することができるという効果を奏するものであり、内燃機関の出力軸に巻回されたベルトの保護を行う車両の制御装置に有用である。

１１ ハイブリッド車両
１２ エンジン
１３ ドライブシャフト
１５ 動力伝達装置
１７ 減速機
１８ 動力分配機構
１９ クランクシャフト
２０ サンギヤ軸
２１ サンギヤ
２２ リングギヤ
２３ ピニオンギヤ
２５ キャリア
２６ 入力軸
２８ ステータ
２９ ロータ
３２ ステータ
３３ ロータ
６１ インバータ
６２ インバータ
６３ バッテリ
７１ 吸気バルブ
７２ 排気バルブ
７３ 吸気カムシャフト
７４ 排気カムシャフト
７５ 吸気カム
７６ 排気カム
８０ タイミングベルト
１００ ハイブリッドＥＣＵ
１０１ エンジンＥＣＵ
１０２ モータＥＣＵ
１０３ バッテリＥＣＵ

Claims (8)

1. 内燃機関と、前記内燃機関から出力された動力により発電が可能な発電機と、前記内燃機関の出力軸および少なくとも一つの回転軸に巻回されたベルトと、を備え、前記内燃機関の駆動により前記ベルトが前記出力軸の回転を前記少なくとも一つの回転軸に伝達する車両の制御装置であって、
   前記発電機に対する発電要求の度合いを算出する要求度合い算出手段と、
   前記要求度合い算出手段により算出された発電要求の度合いに応じて前記内燃機関による出力が増大するよう前記内燃機関を制御する制御手段と、を備え、
   前記制御手段は、前記要求度合い算出手段により算出された発電要求の度合いが低い場合には高い場合と比較して、前記発電機が前記内燃機関に与える負荷の単位時間当たりの上昇率を低減することを特徴とする車両の制御装置。
2. 前記制御手段は、前記要求度合い算出手段により算出された発電要求の度合いが低い場合には高い場合と比較して、前記内燃機関の機関回転数の単位時間当たりの上昇率を低減することを特徴とする請求項１に記載の車両の制御装置。
3. 前記車両に対する運転者の加速要求の大きさを検出する加速要求検出手段を備え、
   前記制御手段は、前記加速要求検出手段により運転者の加速要求がないと検出された場合には加速要求があると検出された場合と比較して、前記発電機が前記内燃機関に与える負荷の単位時間当たりの上昇率を低減することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の車両の制御装置。
4. 前記制御手段は、前記加速要求検出手段により運転者の加速要求がないと検出された場合には加速要求があると検出された場合と比較して、前記内燃機関の機関回転数の単位時間当たりの上昇率を低減することを特徴とする請求項３に記載の車両の制御装置。
5. 前記ベルトは、前記出力軸と、前記内燃機関の吸気カムシャフトおよび前記排気カムシャフトに巻回され、前記出力軸の回転を前記吸気カムシャフトおよび前記排気カムシャフトに伝達するタイミングベルトにより構成されていることを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか１の請求項に記載の車両の制御装置。
6. 前記ベルトは、前記出力軸と、前記発電機のロータに巻回され、前記出力軸の回転を前記ロータに伝達する補機ベルトにより構成されていることを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか１の請求項に記載の車両の制御装置。
7. 前記ベルトの劣化度合いを算出する劣化度合い算出手段を備え、
   前記制御手段は、前記劣化度合い算出手段により算出された劣化度合いが所定値を超えていることを条件に、前記要求度合い算出手段により算出された発電要求の度合いが低い場合には高い場合と比較して、前記発電機が前記内燃機関に与える負荷の単位時間当たりの上昇率を低減することを特徴とする請求項１ないし請求項６のいずれか１の請求項に記載の車両の制御装置。
8. 前記制御手段は、前記劣化度合い算出手段により算出された劣化度合いが所定値を超えていることを条件に、前記要求度合い算出手段により算出された発電要求の度合いが低い場合には高い場合と比較して、前記内燃機関の機関回転数の単位時間当たりの上昇率を低減することを特徴とする請求項７に記載の車両の制御装置。

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