JP5652308B2

JP5652308B2 - ハイブリッド車両の駆動制御装置

Info

Publication number: JP5652308B2
Application number: JP2011090092A
Authority: JP
Inventors: 松本　隆志; 隆志松本
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2011-04-14
Filing date: 2011-04-14
Publication date: 2015-01-14
Anticipated expiration: 2031-04-14
Also published as: JP2012218710A

Description

本発明は、ハイブリッド車両の駆動制御装置に関する。

ハイブリッド車両では、例えば、エンジンの停止と再始動が繰り返される間欠運転が頻繁に行われる。エンジンの停止は、燃料の供給を遮断することで行なわれるが、回転しているエンジンは燃料の遮断により直ちに停止せず、惰性によって幾分かの回転を続ける。燃料の供給を遮断した後、エンジンが完全停止するまでの時間が長くなると、酸素（Ｏ₂）に富む排気ガスが触媒コンバータに流入して、触媒の窒素酸化物（ＮＯｘ）浄化能力が低下する可能性がある。つまり、排気ガスの空燃比がリーン状態になると、ＮＯｘと共に触媒コンバータに流入する炭化水素（ＨＣ）や一酸化炭素（ＣＯ）が、触媒の作用によりＮＯｘと反応して窒素（Ｎ₂）なる前に酸素と反応し、ＮＯｘが浄化されずに排出されることになる。

このような状況に鑑みて、例えば、特許文献１には、車両の走行状態に基づいてエンジンを停止させる条件が成立したことを判断する手段と、エンジン停止条件成立に基づいてエンジンの燃料供給を遮断する手段と、燃料遮断後のエンジンの回転を制動するよう発電機能手段の負荷をエンジンに課する手段とを有するハイブリッド車両が開示されている。

特開２００２‐１３０００１号公報

ところで、特許文献１に開示されたハイブリッド車両では、エンジンの停止と再始動が頻繁に繰り返されると、発電機による発電回数が増加して、バッテリの充電が繰り返され、バッテリが劣化する虞がある。つまり、特許文献１の技術は、バッテリの劣化の抑制について未だ改良の余地がある。

即ち、本発明の目的は、燃料の供給を遮断してエンジンを停止させるときに、バッテリの劣化を抑制しながら、エンジンを迅速に停止させることが可能なハイブリッド車両の駆動制御装置を提供することである。

本発明に係るハイブリッド車両の駆動制御装置は、排気ガスを浄化する触媒を排気系統に備えたハイブリッド車両に搭載され、燃料の供給を遮断してエンジンを停止させるときに、回転電機の発電負荷によりエンジンの回転数を下げるハイブリッド車両の駆動制御装置であって、排気ガスの空燃比がリーン状態となるまで、エンジンに対する発電負荷の付与を制限又は禁止する手段を有することを特徴とする。

或いは、本発明に係るハイブリッド車両の駆動制御装置は、排気系統に設けられた排気ガスを浄化する触媒と、排気ガスの空燃比を検知する検知装置と、を備えたハイブリッド車両に搭載され、燃料の供給を遮断してエンジンを停止させるときに、検知装置の検知情報に基づいて排気ガスの空燃比がリーン状態であると判定された場合に、エンジンに対して回転電機の発電負荷を付与する手段を有することを特徴とする。

上記構成によれば、燃料の供給を遮断してエンジンを停止させるときに、排気ガスの空燃比がリーン状態となるまで、エンジンに対して回転電機の発電負荷が付与されない、又は付与される発電負荷が制限されるため、不要な発電をなくして、バッテリの過充電を抑制することができる。一方、排気ガスの空燃比がリーン状態となれば、発電負荷をかけてエンジンの回転数を迅速に引き下げ、触媒のＮＯｘ浄化能力の低下を抑制することができる。

また、バッテリの充電率が所定値以上である場合に、エンジンに対する発電負荷の付与を制限又は禁止する手段を有することが好適である。
当該構成によれば、例えば、バッテリの充電率が高く過充電となる虞がある場合に、発電負荷の付与を制限又は禁止して、バッテリの過充電を抑制することができる。

本発明に係るハイブリッド車両の駆動制御装置によれば、燃料の供給を遮断してエンジンを停止させるときに、バッテリの劣化を抑制しながら、エンジンを迅速に停止させることが可能である。

本発明の実施形態である駆動制御装置及びそれを搭載したハイブリッド車両の概略構成を示すブロック図である。本発明の実施形態である駆動制御装置の動作を説明するための図である。本発明の実施形態である駆動制御装置の制御手順を示すフローチャートである。

以下、図面を用いて、本発明の実施形態を詳細に説明する。
実施形態では、走行用動力源としてエンジンとモータとを使い分けるシリーズ・パラレル・ハイブリッド方式のハイブリッド車両１０（以下、ＨＶ車両１０とする）を例示するが、シリーズ方式やパラレル方式の車両であってもよい。

まず初めに、図１を参照して、ＨＶ車両１０の構成を詳細に説明する。

図１に示すように、ＨＶ車両１０は、走行用動力源であるエンジン１１と、主としてジェネレータとして機能する第１モータジェネレータ（以下、ＭＧ１とする）と、主として走行用モータとして機能する第２モータジェネレータ（以下、ＭＧ２とする）と、ＭＧ１及びＭＧ２に電力を供給可能なバッテリ１２と、走行状況やバッテリ１２の充電率（ＳＯＣ：ＳｔａｔｅＯｆＣｈａｒｇｅ）等に基づいて、エンジン１１、ＭＧ１、及びＭＧ２の動作を制御する駆動制御装置３０とを備える。また、ＨＶ車両１０には、動力分配機構１３やインバータ１４，１５が搭載されている。また、エンジン１１の排気設備には、触媒コンバータ１６，１７が設けられている。

エンジン１１は、ガソリン等を燃料とする内燃機関である。エンジン１１は、駆動制御装置３０からの指令に基づき始動、運転、停止等が制御される。詳しくは後述するが、エンジン１１を停止させるときには、駆動制御装置３０の機能により、ＭＧ１の発電負荷をエンジン１１にかけて、エンジン１１の回転数を下げる制御がなされる。なお、エンジン１１から動力分配機構１３へと延伸する出力軸１８には、エンジン１１の回転数を検出する図示しない回転センサが設置されている。回転センサにより検出される回転数は、駆動制御装置３０に入力される。

動力分配機構１３は、例えば、遊星歯車機構によって構成されることが好適である。エンジン１１から出力軸１８を介して動力分配機構１３に入力された動力は、減速機２１及び車軸２２を介して駆動輪２３に伝達される。また、動力分配機構１３は、エンジン１１の動力の一部又は全部をＭＧ１に伝達できる。

エンジン１１の排気管２４には、上流側に配置される触媒コンバータ１６と、下流側に配置される触媒コンバータ１７とが設けられている。触媒コンバータ１６，１７は、排気ガス中の有害物質を酸化還元して浄化する装置であって、ＨＣ、ＣＯ、及びＮＯｘを同時に浄化できる所謂三元触媒を含むことが好適である。触媒コンバータ１６，１７は、例えば、三次元網目構造やハニカム構造の触媒担体の表面に、触媒物質として貴金属触媒（例えば、白金、パラジウム、ロジウム等）が担持された構成である。

排気管２４には、触媒コンバータ１６の上流にメイン空燃比センサ２５が設けられている。また、排気管２４の触媒コンバータ１６，１７の間には、サブＯ₂センサ２６が設けられている。メイン空燃比センサ２５は、例えば、触媒コンバータ１６に流入する排気ガスの空燃比に比例する出力特性をもつセンサである。サブＯ₂センサ２６は、例えば、空燃比が理論空燃比に対して燃料が濃いか薄いか、つまりリッチ状態かリーン状態かを検出するセンサである。サブＯ₂センサ２６は、例えば、理論空燃比を境に、リッチ信号又はリーン信号を出力する。

メイン空燃比センサ２５及びサブＯ₂センサ２６の出力は、それぞれエンジン電子制御ユニット（ＥＣＵ：ＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃＣｏｎｔｒｏｌＵｎｉｔ）２７に送信される。エンジンＥＣＵ２７には、さらに、燃料噴射弁やエンジン１１の運転状態を検出する各種センサ（例えば、エアフロメータ、クランク角センサ、スロットルポジションセンサ、及びアクセルポジションセンサ等）が接続されている。

エンジンＥＣＵ２７は、例えば、メイン空燃比センサ２５の出力に基づいてメインのフィードバック制御を実行し、サブＯ₂センサ２６の出力に基づいてサブのフィードバック制御を実行する。メインフィードバック制御では、排気ガスの空燃比が、理論空燃比を制御中心とする目標空燃比と一致するように燃料噴射量の制御を行う。サブフィードバック制御では、触媒コンバータ１６から流出する排気ガスの空燃比の平均が理論空燃比（リッチ状態とリーン状態との間）となるように、メインのフィードバック制御を修正する。

また、サブＯ₂センサ２６の出力情報は、例えば、エンジンＥＣＵ２７を介して駆動制御装置３０にも送信され、エンジン１１を停止させるときのＭＧ１の制御にも利用される。

ＭＧ１は、その回転軸１９が動力分配機構１３を介してエンジン１１の出力軸１８と連結されている。そして、ＭＧ１は、主としてエンジン１１によって駆動されるジェネレータ（発電機）として機能する。ＭＧ１は、例えば、永久磁石からなるロータと、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相のステータコイルを含むステータとから構成される三相同期型回転電機である。ＭＧ１により発電された三相交流電流は、インバータ１４によって直流電流に変換された後、バッテリ１２に充電される。また、ＭＧ１は、例えば、エンジン１１を始動させるセルモータとして機能する。

ＭＧ２は、主として走行用モータ（電動機）として機能する。ＭＧ２は、ＭＧ１と同様に、三相同期型回転電機とすることが好適である。ＭＧ２は、バッテリ１２から供給される電力により回転駆動される。具体的には、バッテリ１２の直流電流がインバータ１５によって三相交流電流に変換されてＭＧ２に供給される。そして、ＭＧ２の出力は、回転軸２０が連結された動力分配機構１３、減速機２１、及び車軸２２を介して駆動輪２３に伝達される。これにより、ＨＶ車両１０では、ＭＧ２によりエンジン１１をアシストする走行又はＭＧ２のみを動力源とするＥＶ走行が可能となる。また、ＭＧ２は、回生制動時にジェネレータとして機能する。

バッテリ１２は、主としてＭＧ２に電力を供給する蓄電装置である。バッテリ１２には、ニッケルカドミウム電池、ニッケル水素電池、及びリチウムイオン電池等の二次電池が適用される。バッテリ１２には、効率的な使用、劣化防止等の観点から、所定のＳＯＣを上下限値とする管理幅が設定されている。バッテリ１２のＳＯＣ制御は、駆動制御装置３０の機能により実行される。駆動制御装置３０は、例えば、図示しない電池監視ユニットにより測定されたＳＯＣ情報に基づいて、バッテリ１２の過充電又は過放電が発生しないように、ＭＧ１、ＭＧ２、及びエンジン１１の動作を制御する。なお、電池監視ユニットは、図示しない電圧計、電流計、温度計等を用いて、ＳＯＣを含むバッテリ１２の状態を監視している。

インバータ１４，１５は、上記のように、交流・直流変換装置である。例えば、インバータ１４は、駆動制御装置３０の制御の下、ＭＧ１で発電された交流電流を半導体スイッチング素子のＯＮ／ＯＦＦ操作により直流電流に変換してバッテリ１２に充電する機能を有する。また、インバータ１４は、要求される発電量に応じた発電機トルクを発生させるために、バッテリ１２の直流電流を交流電流に変換してＭＧ１に供給する機能を有する。詳しくは後述するが、これにより、エンジン１１にＭＧ１の発電負荷が加わる。

駆動制御装置３０は、ＨＶ車両１０の駆動力を制御する装置であって、所謂ハイブリッドＥＣＵ、或いはその一部として構成することができる。駆動制御装置３０は、各センサや各ＥＣＵからの情報や信号に基づいて、ＭＧ１、ＭＧ２、及びエンジン１１の動作を統合的に制御する。なお、駆動制御装置３０及び各ＥＣＵは、ＣＰＵ、入出力ポート、メモリ等を備えるマイクロコンピュータで構成され、駆動制御装置３０の各機能は、ソフトウェアを実行することで実現できる。

駆動制御装置３０は、燃料の供給を遮断してエンジン１１を停止させるときに、バッテリ１２の過充電を防止してバッテリ１２の劣化を抑制しながら、排気ガスの空燃比がリーン状態となれば、エンジン１１を迅速に停止させる機能を有する。当該機能を発揮するため、駆動制御装置３０は、引き下げ手段３１と、引き下げ制限手段３２とを有する。

引き下げ手段３１は、燃料の供給を遮断してエンジン１１を停止させるときに、エンジン１１の出力軸１８に対して回転数を下げるための引き下げトルクを加える機能を有する。引き下げ手段３１は、例えば、ＭＧ１にエンジン１１の回転抵抗となる発電機トルク（負のトルク）が発生するように、ＭＧ１のＵ相、Ｖ相、Ｗ相に電流を供給する。つまり、エンジン１１には、ＭＧ１の発電負荷が付与され、回転数が迅速に引き下げられる。また、ＭＧ１は、発電機トルクに応じた電力を発電し、インバータ１４を介してバッテリ１２を充電する。

引き下げ手段３１は、例えば、燃料の供給遮断の可否を規定するＦ／Ｃフラグ（フューエルカットフラグ）がＬ（非実行）からＨ（実行）へと切り替わり、且つ引き下げ制限手段３２から引き下げトルクの付与を許可する許可指令を取得したときに、ＭＧ１に負のトルクが発生するようにＵ相、Ｖ相、Ｗ相に電流を供給して、引き下げトルク、即ちＭＧ１の発電負荷をエンジン１１に加えることができる。或いは、引き下げ手段３１は、Ｆ／ＣフラグがＨ（実行）に切り替わったときに、第１の引き下げトルクを加え、引き下げ制限手段３２から制限解除指令を取得したときに、第１の引き下げトルクよりも大きな第２の引き下げトルクを加えてもよい。

なお、引き下げトルクの大きさは、特に限定されず、例えば、段階的に引き上げてもよい。引き下げトルクを付与する時間も、特に限定されず、例えば、エンジン１１の回転数がゼロになるまで付与することができる。

引き下げ制限手段３２は、排気ガスの空燃比がリーン状態となるまで、エンジン１１に対する発電負荷の付与を制限又は禁止する機能を有する。引き下げ制限手段３２は、サブＯ₂センサ２６から出力信号を取得して、排気ガスの空燃比がリーン側に移行したか否かを判定することが好適である。例えば、サブＯ₂センサ２６のリーン信号が予め定めた所定時間以上継続したときに、リーン状態であると判定する。

引き下げ制限手段３２は、排気ガスの空燃比がリーン状態であると判定したときに、引き下げ手段３１に対して、引き下げトルクの付与を許可する許可指令を出力する。或いは、引き下げ制限手段３２は、引き下げ手段３１に対して、引き下げトルクの増加を許可する制限解除指令を出力する。

さらに、引き下げ制限手段３２は、バッテリ１２のＳＯＣが所定値以上である場合に、エンジン１１に対する発電負荷の付与を制限又は禁止する機能を有する。引き下げ制限手段３２は、バッテリＥＣＵからＳＯＣ情報を取得して、ＳＯＣが予め定めた所定値以上であるか否かを判定することが好適である。所定値としては、ＳＯＣの上限値に近似する値であって、上限値以下に設定することが好ましい。

引き下げ制限手段３２は、ＳＯＣが所定値以上であると判定したときに、引き下げ手段３１に対して引き下げトルクの付与を禁止する禁止指令を出力する。或いは、引き下げ制限手段３２は、ＳＯＣが所定値以上であると判定したときに、引き下げ手段３１に対して引き下げトルクを制限する制限指令を出力する。引き下げ制限手段３２は、ＳＯＣが所定値以上であると判定したときに、例えば、排気ガスの空燃比の判定に基づく許可指令を取り消す、又は空燃比の判定を中止することで、引き下げトルクの付与を禁止することもできる。また、排気ガスの空燃比がリーン状態であり且つＳＯＣが所定値未満であるときに、初めて許可指令や制限解除指令を出力してもよい。

次に、図２及び図３を参照して、駆動制御装置３０による制御の一例を説明する。
ここで、図２は、エンジン１１の回転数やサブＯ₂センサ２６の出力信号の経時変化、引き下げトルクの付与のタイミング等を説明するための図であり、横軸を時間軸としている。図３は、駆動制御装置３０の制御手順を示すフローチャートである。

図２及び図３に示すように、ＨＶ車両１０の走行状況等に応じてエンジン１１を停止させるときには、まず、エンジン１１の出力要求を下げて燃料の供給を遮断する（Ｓ１０）。この手順は、駆動制御装置３０の機能によって実行される。駆動制御装置３０は、例えば、エンジンＥＣＵ２７に対してエンジン１１の出力要求をゼロにする制御指令を出力し、燃料の供給を遮断させる。燃料の供給が遮断されると、Ｆ／ＣフラグがＬ（非実行）からＨ（実行）に切り替わると共に、排気ガスの空燃比が次第にリーン側に移行する。

Ｓ１０でＦ／ＣフラグがＨ（実行）に切り替わったことを条件として、排気ガスの空燃比がリーン状態であるか否かを判定する（Ｓ１１）。この手順は、駆動制御装置３０の引き下げ制限手段３２の機能によって実行される。引き下げ制限手段３２は、例えば、Ｆ／ＣフラグがＨ（実行）に切り替わったときに、サブＯ₂センサ２６の出力信号を取得して、リーン信号が予め定めた所定時間以上継続しているか否かを判断する。そして、リーン信号が所定時間以上継続していると判断したときには、空燃比がリーン状態であると判定する。

Ｓ１１で空燃比がリーン状態であると判定された場合、バッテリ１２のＳＯＣが所定値未満であるか否かを判定する（Ｓ１２）。換言すると、バッテリ１２のＳＯＣが所定値以上であるか否かを判定する。この手順も、引き下げ制限手段３２の機能によって実行される。引き下げ制限手段３２は、例えば、バッテリＥＣＵから取得したＳＯＣと予め定めた所定値とを比較して、ＳＯＣが所定値未満であるか否かを判定する。なお、Ｓ１２の手順は、Ｓ１１の手順よりも先に又は同時に実行してもよい。

Ｓ１２でＳＯＣが所定値未満であると判定された場合には、例えば、引き下げ制限手段３２から引き下げ手段３１に対して許可指令が出力される。一方、Ｓ１２でＳＯＣが所定値以上であると判定された場合には、例えば、許可指令が出力されない。或いは、引き下げ制限手段３２から引き下げ手段３１に対して禁止指令が出力される。

Ｓ１２でＳＯＣが所定値未満であると判定されて、引き下げ制限手段３２から許可指令が出力された場合、引き下げトルク、即ちＭＧ１の発電負荷をエンジン１１に加える（Ｓ１３）。この手順は、引き下げ手段３１の機能によって実行される。引き下げ手段３１は、インバータ１４を制御して、ＭＧ１にエンジン１１の発電機トルクが発生するように、ＭＧ１のＵ相、Ｖ相、Ｗ相に電流を供給させる。一方、Ｓ１２でＳＯＣが所定値以上であると判定されて、引き下げ制限手段３２から許可指令が出力されない場合には、引き下げトルクの付与が禁止される。

以上のように、駆動制御装置３０は、燃料の供給を遮断してエンジン１１を停止させるときに、排気ガスの空燃比がリーン状態となり、且つＳＯＣが所定値未満である場合に、エンジン１１に対してＭＧ１の発電負荷をかける。これにより、不要な充電をなくし、バッテリ１２の過充電を抑制しながら、触媒のＮＯｘ除去能力が低下するリーン状態では、エンジン１１を迅速に停止させることができる。

なお、上記実施形態は、本発明の目的を損なわない範囲で設計変更できる。

例えば、上記実施形態では、サブＯ₂センサ２６の出力情報に基づいて、排気ガスの空燃比がリーン状態であるか否かを判定したが、当該判定にメイン空燃比センサ２５の出力情報を用いてもよい。また、実験やシミュレーションにより燃料供給の遮断後、排気ガスの空燃比がリーン状態となるまでの時間を予め求めておき、空燃比の検知装置を用いることなく、燃料供給が遮断されてから当該時間が経過するまでエンジン１１に対する発電負荷の付与を禁止してもよい。

また、上記実施形態では、例えば、引き下げ制限手段３２から許可指令を取得することを条件として、引き下げ手段３１の機能により、エンジン１１に対して引き下げトルクを付与するものとして説明したが、引き下げ手段３１が排気ガスの空燃比がリーン状態であるか否かを判定して、引き下げトルクの付与を実行してもよい。

１０ハイブリッド車両（ＨＶ車両）、ＭＧ１第１モータジェネレータ、ＭＧ２第２モータジェネレータ、１１エンジン、１２バッテリ、１３動力分配機構、１４，１５インバータ、１６，１７触媒コンバータ、１８出力軸、１９，２０回転軸、２１減速機、２２車軸、２３駆動輪、２４排気管、２５メイン空燃比センサ、２６サブＯ₂センサ、２７エンジン電子制御ユニット（エンジンＥＣＵ）、３０駆動制御装置、３１引き下げ手段、３２引き下げ制限手段。

Claims

排気ガスを浄化する触媒を排気系統に備えたハイブリッド車両に搭載され、燃料の供給を遮断してエンジンを停止させるときに、回転電機の発電負荷により前記エンジンの回転数を下げるハイブリッド車両の駆動制御装置において、
燃料の供給を遮断した後、排気ガスの空燃比がリーン状態となるまで、前記エンジンに対する前記発電負荷の付与を制限又は禁止する手段を有することを特徴とするハイブリッド車両の駆動制御装置。
排気系統に設けられた排気ガスを浄化する触媒と、排気ガスの空燃比を検知する検知装置とを備えたハイブリッド車両に搭載され、
燃料の供給を遮断してエンジンを停止させるときに、燃料の供給を遮断した後、前記検知装置の検知情報に基づいて排気ガスの空燃比がリーン状態であると判定された場合に、前記エンジンに対して回転電機の発電負荷を付与する手段を有するハイブリッド車両の駆動制御装置。
請求項１又は２に記載のハイブリッド車両の駆動制御装置において、
バッテリの充電率が所定値以上である場合に、前記エンジンに対する前記発電負荷の付与を制限又は禁止する手段を有することを特徴とするハイブリッド車両の駆動制御装置。