JP5716681B2 - 車両および車両の制御方法 - Google Patents

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本発明は、電気加熱式触媒(Electrically Heated Catalyst、以下、「EHC」という)を備えたハイブリッド車両およびその制御方法に関する。
エンジンおよびモータの少なくともいずれかの動力を用いて走行するハイブリッド自動車のなかには、モータに供給するための電力を蓄えるバッテリを車両外部の電力で充電可能に構成されたもの(いわゆるプラグインハイブリッド自動車)がある。通常、プラグインハイブリッド車両は、バッテリの電力を優先的に消費しながら走行することを前提として設計される。たとえば、バッテリの蓄電量が下限値未満となるまでは、EV走行(エンジンを停止しモータの動力を用いる走行)を優先的に行なうことでバッテリの電力を優先的に消費させるモード(以下「CD(Charge Depleting)モード」ともいう)が選択され、バッテリの蓄電量が下限値未満に低下した後は、EV走行とHV走行(エンジンおよびモータの双方の動力を用いる走行)とを必要に応じて切り替えることでバッテリの電力収支を安定させるモード(以下「CS(Charge Sustain)モード」ともいう)に移行される。
特開2010−23758号公報(特許文献1)には、CDモードとCSモードとの切替が可能なプラグインハイブリッド車両において、エンジンの排気を浄化する電気加熱式触媒(EHC)を設け、CDモードでのEV走行中にバッテリの蓄電量が下限値近くまで低下した場合、CSモードへの移行後のエンジンの始動に備えて事前にバッテリの電力をモータだけでなくEHCにも供給して触媒を暖機しておくことが開示されている。
特開2010−23758号公報 特開平10−288028号公報 特許第4222427号公報 特開2005−146910号公報 特開2011−162040号公報 特開2011−105133号公報
しかしながら、特許文献1のように、EV走行中にバッテリの電力をEHCに供給すると、EHCに供給される電力の分だけモータに供給される電力が低下してモータのパワー不足が生じ、ドライバビリティが悪化するおそれがある。
本発明は、上述の課題を解決するためになされたものであって、その目的は、原則としてエンジンを停止させてモータの動力で走行する第1モード(CDモード)と第1モードよりも高い頻度でエンジンを作動させて走行する第2モード(CSモード)との切替が可能なハイブリッド車両において、第1モードから第2モードへの移行の際に、確実な触媒暖機を実現しつつドライバビリティを確保することである。
この発明に係る車両は、エンジンおよびモータを備え、原則としてエンジンを停止させてモータの動力で走行する第1モードと第1モードよりも高い頻度でエンジンを作動させて走行する第2モードとの切替が可能な車両である。この車両は、モータに供給する電力を蓄える蓄電装置と、蓄電装置の電力で加熱される、エンジンの排気を浄化する触媒装置と、蓄電装置と触媒装置との電気的な接続状態を切り替える切替装置と、エンジン、モータおよび切替装置を制御する制御装置とを備える。制御装置は、第1モード中に蓄電装置の蓄電量が第1量未満に低下した場合、触媒装置の消費電力が蓄電装置の出力可能電力から車両要求パワーを減じた許容値未満であるか否かに応じて触媒装置へ電力を断続的に供給するように切替装置を制御し、触媒装置に供給される電気エネルギの積算値に応じて第1モードから第2モードへの切替を行なう。
好ましくは、制御装置は、触媒装置の消費電力が許容値未満である場合は触媒装置へ電力を供給し、触媒装置の消費電力が許容値以上である場合は触媒装置への電力供給を一時的に停止する。
好ましくは、制御装置は、第1モード中に電気エネルギの積算値が基準値を超えた場合に第1モードから第2モードへの切替を行なう。
好ましくは、制御装置は、第1モード中に蓄電装置の蓄電量が第1量よりも小さい第2量未満に低下しても未だ電気エネルギの積算値が基準値を超えていない場合、エンジンを始動させてエンジンによる触媒装置の暖機を開始し、電気エネルギの積算値とエンジンから触媒装置に投入される熱エネルギの積算値との合計エネルギが基準値を超えた場合に第1モードから第2モードへの切替を行なう。
好ましくは、制御装置は、エンジンによる触媒装置の暖機を行なう際、合計エネルギに応じてエンジンの出力を制限する。
好ましくは、制御装置は、合計エネルギが大きいほどエンジンの出力の制限量を緩和する。
好ましくは、制御装置は、合計エネルギから触媒装置の活性状態に応じた第1エンジン上限パワーを求めるとともにエンジンの冷却水温からエンジンの暖機状態に応じた第2エンジン上限パワーを求め、エンジンの出力を第1エンジン上限パワーを超えずかつ第2エンジン上限パワーを超えないように制限する。
好ましくは、車両は、エンジンの動力で発電するジェネレータをさらに備える。触媒装置へ供給される電力は、ジェネレータおよびモータの少なくとも一方の回生電力のうち蓄電装置の受入可能電力を超える電力を含む。
好ましくは、車両は、エンジンの動力で発電するジェネレータをさらに備える。第1モードは、原則としてエンジンを停止させてモータを作動させることで蓄電装置の電力を優先的に消費させる電力消費モードである。第2モードは、モータを作動させつつ必要に応じてエンジンを作動させてジェネレータで発電させることによって蓄電装置の電力収支を安定させる電力維持モードである。
好ましくは、車両は、車両外部の電源から供給される電力で蓄電装置を充電可能に構成される。
この発明の別の局面に係る制御方法は、エンジンおよびモータを備え、原則としてエンジンを停止させてモータの動力で走行する第1モードと第1モードよりも高い頻度でエンジンを作動させて走行する第2モードとの切替が可能な車両の制御方法である。車両は、モータに供給する電力を蓄える蓄電装置と、蓄電装置の電力で加熱される、エンジンの排気を浄化する触媒装置と、蓄電装置と触媒装置との電気的な接続状態を切り替える切替装置と、エンジン、モータおよび切替装置を制御する制御装置とを備える。制御方法は、第1モード中に蓄電装置の蓄電量が第1量未満に低下したか否かを判定するステップと、第1モード中に蓄電装置の蓄電量が第1量未満に低下した場合、触媒装置の消費電力が蓄電装置の出力可能電力から車両要求パワーを減じた許容値未満であるか否かに応じて触媒装置へ電力を断続的に供給するように切替装置を制御し、触媒装置に供給される電気エネルギの積算値に応じて第1モードから第2モードへの切替を行なうステップとを含む。
本発明によれば、第1モード(CDモード)から第2モード(CSモード)への移行の際に、確実な触媒暖機を実現しつつドライバビリティを確保することができる。
車両の全体ブロック図である。 第1MG、第2MG、PCU、バッテリ、EHCの回路構成図である。 ECUの機能ブロック図である。 触媒投入エネルギ(=Wehc+Weng)と第1エンジン上限パワーPemax1との対応関係を示す図である。 エンジン水温Thwと第2エンジン上限パワーPemax2との対応関係を示す図である。 ECUの処理手順を示すフローチャートである。 CSモード移行の様子を示す図(その1)である。 CSモード移行の様子を示す図(その2)である。
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰り返さない。
図1は、本実施の形態に従う車両1の全体ブロック図である。車両1は、エンジン10と、第1MG(Motor Generator)20と、第2MG30と、動力分割装置40と、減速機50と、PCU(Power Control Unit)60と、バッテリ70と、駆動輪80と、ECU(Electronic Control Unit)200と、を備える。
エンジン10、第1MG20および第2MG30は、動力分割装置40を介して連結される。車両1は、エンジン10および第2MG30の少なくとも一方からの駆動力によって走行するハイブリッド自動車である。
エンジン10は、空気と燃料との混合気を燃焼させたときに生じる燃焼エネルギによってクランクシャフトを回転させる駆動力を発生する内燃機関である。エンジン10は、ECU200からの制御信号により制御される。エンジン10が発生する動力は、動力分割装置40によって、駆動輪80へ伝達される経路と、第1MG20へ伝達される経路とに分割される。
第1MG20および第2MG30は、交流で駆動されるモータジェネレータである。
第1MG20は、動力分割装置40によって分割されたエンジン10の動力を用いて発電する。第1MG20によって発電された電力はバッテリ70および第2MG30へ供給される。
第2MG30は、バッテリ70から供給される電力および第1MG20により発電された電力の少なくとも一方を用いて駆動力を発生する。そして、第2MG30の駆動力は、駆動輪80に伝達される。車両1の制動時には、駆動輪80により第2MG30が駆動され、第2MG30がジェネレータとして動作する。これにより、第2MG30は、車両1の運動エネルギを電気エネルギに変換する回生ブレーキとして機能する。第2MG30による回生発電によって生じた回生電力はPCU60を介してバッテリ70に充電される。なお、バッテリ70に蓄えられた電力および第1MG20および/または第2MG30で発電された回生電力は、後に詳述するように、必要に応じてEHC140にも供給される。
動力分割装置40は、サンギヤと、ピニオンギヤと、キャリアと、リングギヤとを含む遊星歯車から成る。ピニオンギヤは、サンギヤおよびリングギヤと係合する。キャリアは、ピニオンギヤを自転可能に支持するとともに、エンジン10のクランクシャフトに連結される。サンギヤは、第1MG20の回転軸に連結される。リングギヤは第2MG30の回転軸および減速機50に連結される。このように、エンジン10、第1MG20および第2MG30が、遊星歯車からなる動力分割装置40を介して連結されることで、エンジン10の回転速度と第1MG20の回転速度と第2MG30の回転速度とは、動力分割装置40の共線図において直線で結ばれる関係(いずれか2つの値が決まれば残りの1つの値も決まる関係)になる。
PCU60は、ECU200からの制御信号によって制御される。PCU60は、バッテリ70から供給された直流電力を第1MG20および第2MG30を駆動可能な交流電力に変換する。PCU60は、変換された交流電力をそれぞれ第1MG20,第2MG30に出力する。これにより、バッテリ70に蓄えられた電力で第1MG20,第2MG30が駆動される。なお、PCU60は、第1MG20,第2MG30によって発電された交流電力を直流電力に変換し、変換された直流電力でバッテリ70を充電することも可能である。
バッテリ70は、第1MG20,第2MG30を駆動するための電力を蓄える直流電源であり、たとえば、ニッケル水素やリチウムイオン等の二次電池から成る。バッテリ70の出力電圧は、たとえば200Vを超える高い電圧である。なお、バッテリ70に代えて、大容量のキャパシタも採用可能である。
さらに、車両1は、ポジションセンサ2、ストロークセンサ3、水温センサ4を備える。ポジションセンサ2は、ユーザによるアクセルペダル操作量Aを検出する。ストロークセンサ3は、ユーザによるブレーキペダル操作量Bを検出する。水温センサ4は、エンジン水温Thwを検出する。これらの各センサは、検出結果を表わす信号をECU200に送信する。
さらに、車両1は、排気通路130を備える。エンジン10から排出される排気ガスは、排気通路130を通って大気に排出される。
排気通路130の途中には、EHC140が設けられる。EHC140は、電気ヒータ(電気エネルギを熱エネルギに変換する電気抵抗)によって触媒を電気的に加熱可能に構成された触媒である。EHC140は、大容量の電力を消費して触媒を高温まで昇温させる機能を有する。なお、EHC140には、種々の公知のものを適用することができる。
さらに、車両1は、外部電源310からの電力でバッテリ70を充電するための充電ポート160および充電器170を備える。すなわち、車両1は、いわゆるプラグインハイブリッド自動車である。
充電ポート160は、外部電源310から受電するための電力インターフェースである。外部電源310からの電力でバッテリ70を充電する際、充電ポート160には、外部電源310から車両へ電力を供給するためのコネクタ300が接続される。
充電器170は、充電ポート160およびバッテリ70と電気的に接続される。そして、充電器170は、ECU200からの制御信号に基づいて、外部電源310から供給される電力をバッテリ70を充電可能な電力に変換し、バッテリ70を充電する。
図2は、第1MG20、第2MG30、PCU60、バッテリ70、EHC140の回路構成を示す図である。
PCU60とバッテリ70との間には、システムメインリレー(SMR)71が設けられる。SMR71は、ECU200からの制御信号によって制御され、バッテリ70とPCU60との間での電力の供給と遮断とを切り替える。
PCU60は、コンバータ61、インバータ62,63、平滑コンデンサ64,65、放電抵抗66を含む。
コンバータ61は、正極線PL1および負極線NL1を介してバッテリ70に接続される。また、コンバータ61は、正極線PL2および負極線NL1を介してインバータ62,63に接続される。
コンバータ61は、リアクトルと、2つのスイッチング素子と、2つのダイオードとを含む。コンバータ61は、ECU200からの制御信号によって制御され、バッテリ70とインバータ62,63との間で電圧変換を行なう。
インバータ62は、コンバータ61と第1MG20との間に設けられる。インバータ63は、コンバータ61と第2MG30との間に設けられる。インバータ62,63は、コンバータ61に対して互いに並列に接続される。
インバータ62,63の各々は、三相の上下アーム(スイッチング素子)と、各スイッチング素子に逆並列に接続されたダイオードとを含む。インバータ62,63の各上下アームは、ECU200からの制御信号によって制御され、コンバータ61で電圧変換された直流電力を交流電力に変換してそれぞれ第1MG20、第2MG30に出力する。
平滑コンデンサ64は、正極線PL1と負極線NL1との間に接続され、正極線PL1および負極線NL1間の電圧変動の交流成分を平滑化する。平滑コンデンサ65は、正極線PL2と負極線NL1との間に接続され、正極線PL2および負極線NL1間の電圧変動の交流成分を平滑化する。
放電抵抗66は、正極線PL2と負極線NL1との間に接続される。放電抵抗66は、平滑コンデンサ64,65の残留電荷を抜くことを用途とする。
EHC140は、コンバータ61とインバータ62,63との間の電力線(正極線PL2、負極線NL1)に接続される。より具体的には、EHC140に備えられる電気ヒータの一方の端部が正極線PL2から分岐する正極分岐線PLehcに接続され、他方の端部が負極線NL1から分岐する負極分岐線NLehcに接続される。これにより、EHC140は正極線PL2から供給される電力で過熱される。すなわち、EHC140は、バッテリ70の電力をコンバータ61で昇圧した後の電力を消費して加熱される。このように、本実施の形態におけるバッテリ70およびコンバータ61は、ハイブリッド電源(第2MG30の駆動用電源)としてだけでなくEHC電源(EHC140の加熱用電源)としても用いられる。また、EHC140は、車両1の制動時には、第1MG20および/または第2MG30で発電された回生電力(より正確には回生電力をインバータ62,63で直流電力に変換した後の電力)を消費することによっても加熱される。
EHC140とPCU60との間には、切替装置100が設けられる。切替装置100は、正極分岐線PLehc上に設けられたEHCリレーR1と、負極分岐線NLehc上に設けられたEHCリレーR2と、EHC140およびEHCリレーR1,R2の状態を監視する監視センサ120とを内部に備える。監視センサ120は、EHC140に供給される電圧値および電流値から、EHC140の消費電力(以下「EHC消費電力Pehc」ともいう)、EHC140の推定温度、EHC140の電気抵抗値などを算出し、算出結果をECU200に出力する。なお、監視センサ120の機能の全部または一部を切替装置100の外部に設けるようにしてもよい。
各EHCリレーR1,R2の開閉(オンオフ)は、ECU200からの制御信号によって制御される。EHCリレーR1,R2の双方が閉じられる(以下、この状態を「EHCオン」ともいう)と、EHC140とPCU60とが電気的に接続され、EHC140に電力が供給される。このEHCオンによって、EHC140内の触媒が暖機される。一方、EHCリレーR1,R2の少なくとも一方が開かれる(以下、この状態を「EHCオフ」ともいう)と、EHC140とPCU60との電気的な接続が遮断され、EHC140への電力供給が停止される。このように、ECU200がEHCリレーR1,R2の開閉を制御するという比較的簡易かつ安価な構成でEHC140への電力の供給と停止とが切り替えられる。
図1に戻って、ECU200は、図示しないCPU(Central Processing Unit)およびメモリを内蔵し、当該メモリに記憶された情報に基づいて、所定の演算処理を実行するように構成される。なお、図1ではECU200が1つのユニットとして示されているが、ECU200を2つ以上のユニットに分割してもよい。
ECU200は、バッテリ70の蓄電量(以下「SOC(State Of Charge)」ともいう)および温度などに応じて、バッテリ70から出力可能な電力(以下「バッテリ出力可能電力WOUT」(単位:ワット)ともいう)を設定し、実際にバッテリ70から出力される電力(以下「バッテリ出力電力Pout」(単位:ワット)ともいう)がバッテリ出力可能電力WOUTを超えないようにPCU60を制御する。これにより、バッテリ70の過放電が抑制され、バッテリ70の劣化が抑制される。
ECU200は、CD(Charge Depleting)モードとCS(Charge Sustain)モードとのいずれかのモードで車両1を走行させる。
CDモードは、原則としてEV走行(エンジン10の動力を用いずに第2MG30の動力を用いた走行)を行なうことでエンジン10の燃料よりもバッテリ70に蓄えられた電気エネルギを優先的に消費させるモードである。そのため、CDモードでは、通常時はエンジン10は停止される。ただし、CDモード中であってもSOCがしきい値Slow未満に低下した場合には、ECU200は、CSモードへの移行に備えて事前にエンジン10を始動させエンジン10による触媒暖機を行なう。また、ECU200は、CDモード中であってもユーザが車両1に要求する駆動パワー(以下「ユーザ要求パワーPus」という)が第2MG30の出力可能パワーを上回る場合には、一時的にエンジン10を始動させてHV走行(エンジン10および第2MG30の双方の動力を用いた走行)を行なうことでユーザ要求パワーPusを満足させる。
ECU200は、CDモード中に所定条件が成立した場合(たとえばSOCがしきい値Scs(Scs<Slow)未満に低下した場合)、CDモードからCSモードに移行させ、その後はCSモードで車両1を走行させる。
CSモードは、EV走行とHV走行とを必要に応じて切り替えることで、ユーザ要求パワーPusを満足させつつSOCを所定の制御範囲α(下限値αlow、上限値αhi)内に維持するモードである。たとえば、CSモードでは、ECU200は、SOCが下限値αlow未満に低下するとエンジン10を始動させエンジン10の動力を用いて第1MG20で発電させた電力でバッテリ70を充電し、SOCが下限値αlowを越えると再びエンジン10を停止させる。このようにCSモードでは、エンジン10の始動および停止が必要に応じて間欠的に行なわれる。したがって、CSモードでは、CDモードよりも高い頻度でエンジン10が作動されることになる。なお、ECU200は、CSモード中においても、CDモードと同様、ユーザ要求パワーPusが第2MG30の出力可能パワーを上回る場合には、一時的にエンジン10を始動させてHV走行を行なうことでユーザ要求パワーPusを満足させる。
以上のような構成を有する車両1において、CDモードからCSモードへの移行後に触媒を暖機することなくエンジン10を始動させることはエミッションの悪化が懸念されるため望ましくない。したがって、CSモードへの移行前であるCDモード中に事前にEHCオンとしてEHC140内の触媒を十分に暖機しておくことが望ましい。
CDモード中にEHCオンとすると、バッテリ出力電力Poutが第2MG30およびEHC140の双方に供給される。なお、EHC140に供給される電力は、必ずしもバッテリ出力電力Poutとは限らず、たとえば第1MG20および第2MG30の少なくとも一方の回生電力のうちバッテリ70の受入可能電力を超える余剰電力が含まれる場合もある。余剰電力を基づいて触媒を暖機することで走行パワー(第2MG30へ供給される電力)の低下が抑制される。
CDモード中にEHCオンとすると、バッテリ出力電力Poutはバッテリ出力可能電力WOUTを超えないように制限されるため、EHC140に供給される電力の分だけ第2MG30に供給可能な電力が減ることになる。そのため、CDモード中にEHCオンとすると、ユーザ要求パワーPusを第2MG30から出力できずにドライバビリティを悪化させてしまうおそれがある。
また、本実施の形態では、上述したように、バッテリ70およびコンバータ61をハイブリッド電源およびEHC電源として共用しており、EHC専用のバッテリおよびコンバータを持たない。そのため、EHC140への供給電力量のみを精密かつ連続的に低下させることはできない。
そこで、本実施の形態によるECU200は、CDモードでのEV走行中にSOCがしきい値Sehc(Sehc>Slow>Scs)未満に低下した場合に、EHC消費電力Pehcがバッテリ出力可能電力WOUTからユーザ要求パワーPusを減じた許容値未満であるか否か(すなわちEHCオンによる第2MG30のパワー低下に伴ってエンジン10が一時的に始動されることを回避できるか否か)に応じてEHC140への電力供給を断続的に行なう。具体的には、ECU200は、Pehc<WOUT−Pusの場合はEHCオンとし、そうでない場合は一時的にEHCオフとする。これにより、予期しないエンジン10の始動によるエミッションの悪化を回避しつつドライバビリティを確保する。そして、ECU200は、EHC消費電力Pehcを積算した値(=ΣPehc)から触媒に投入された電気エネルギ積算値Wehcを求め、この電気エネルギ積算値Wehcに応じてCDモードからCSモードへの移行タイミングを決定することで、確実な触媒暖機を実現する。これらの一連の制御を行なう点が本願発明の最も特徴的な点である。
図3は、CDモードからCSモードへの移行に関する部分のECU200の機能ブロック図である。図3に示した各機能ブロックは、ハードウェアによって実現してもよいし、ソフトウェアによって実現してもよい。
ECU200は、判定部210、制御部220、移行処理部230、制限部240を含む。
判定部210は、CDモードでのEV走行中に、EHCオンとすることを許可するか否かを判定する。判定部210は、SOCがしきい値Sehc以上である場合はEHCオンとすることを禁止し、SOCがしきい値Sehc未満である場合はEHCオンとすることを許可する。なお、しきい値Sehcの値は、CSモード移行までの走行に必要な電気エネルギと触媒暖機に必要な電気エネルギとを予め見越して設定される。
制御部220は、EHCオンとすることが許可された場合、EHCオンによる第2MG30のパワー不足に伴ってエンジン10が一時的に始動されるか否かを予測し、その予測結果に応じてEHCオンとするのかそれともEHCオフとするのかを制御する。具体的には、制御部220は、アクセルペダル操作量Aや車速からユーザ要求パワーPusを算出するとともに監視センサ120からの情報に基づいてEHC消費電力Pehcを算出し、EHC消費電力Pehcがバッテリ出力可能電力WOUTからユーザ要求パワーPusを減じた許容値(=WOUT−Pus)未満であるか否かを判定する。そして、制御部220は、EHC消費電力Pehcが許容値未満である場合はEHCオンとし、EHC消費電力Pehcが許容値以上である場合は一時的にEHCオフとする。なお、EHCオンデューティ比(EHCオン期間とEHCオフ期間との合計期間に対するEHCオン期間の割合)を制御可能な場合は、EHC消費電力Pehcが許容値未満であるときのEHCオンデューティ比よりもEHC消費電力Pehcが許容値以上であるときのEHCオンデューティ比を一時的に低下させるようにしてもよい。また、EHC消費電力Pehcとしては、監視センサ120の監視結果から算出された値ではなく、たとえば実験等で予め求めておいたEHC消費電力の最大値を用いるようにしてもよい。
移行処理部230は、CDモードからCSモードへの移行処理を行なう。移行処理部230は、EHC消費電力Pehcを積算した値(=ΣPehc)から触媒に投入された電気エネルギ積算値Wehcを求め、この電気エネルギ積算値Wehcが基準値W1を超えたか否か(目標とするレベルまで十分に触媒が暖機されたか否か)を判定する。移行処理部230は、Wehc>W1である場合は触媒暖機が完了したとしてCSモードに移行させる。
移行処理部230は、Wehc<W1である場合(EHC140による触媒暖機が未完了である場合)、SOCがさらに低下してしきい値Slow未満になったか否かを判定する。SOCがSlow未満となった場合、移行処理部230は、エンジン10を始動させエンジン10の排気熱による触媒暖機を開始する。このように、SOCがしきい値Slow未満に低下しても未だ触媒暖機が完了していない場合には、遅くともSOCがしきい値Scs(Scs<Slow)未満に低下する時までには触媒暖機を完了させるために、EHC140だけでなくエンジン10による触媒暖機を併せて実施する。これにより、触媒暖機が完了するまでCSモード移行を遅らせることによる予定外のSOC低下(バッテリ過放電)を抑制することができる。
その後、移行処理部230は、エンジン10の運転状態を示す情報(たとえばエンジンパワーPe、エンジン点火進角Aop、燃料噴射量Tau)からエンジン10が発生する熱エネルギPengを求め、この熱エネルギPengを積算した値(=ΣPeng)を用いてエンジン10から触媒に投入された熱エネルギ積算値Wengを求める。そして移行処理部230は、電気エネルギ積算値Wehcと熱エネルギ積算値Wengとの合計エネルギ(=Wehc+Weng)が基準値W1を超えたか否かを判定する。移行処理部230は、Wehc+Weng>W1である場合は触媒暖機が完了したとしてCSモードに移行させる。
移行処理部230は、Wehc+Weng<W1である場合(EHC140およびエンジン10の双方による触媒暖機が未完了である場合)、SOCがさらに低下してしきい値Scs未満になったか否かを判定する。SOCがしきい値Scs未満となった場合、移行処理部230は、従来どおり、これ以上はCDモードを維持することができないとして、CSモードへ移行させる。一方、SOCがしきい値Scs未満となっていない場合、移行処理部230は、CDモードを維持する。
制限部240は、CDモード中あるいはCSモード中において、触媒暖機が未完了である状態でエンジン10を作動させる場合、触媒に投入されたエネルギ(電気エネルギ積算値Wehcと熱エネルギ積算値Wengとの合計エネルギ)に応じてエンジン上限パワーPemaxを設定し、エンジン10の出力をエンジン上限パワーPemax未満に制限する。このように、触媒に投入されたエネルギ(=Wehc+Weng)に応じてエンジン10の出力を制限することで、触媒の排気浄化能力に見合ったエンジン負荷とすることができ、CDモードおよびCSモードを通じてエミッション悪化を最小限に抑えることができる。
さらに、制限部240は、触媒の排気浄化能力だけでなくエンジン10本体の燃焼状態をも考慮して、エンジン上限パワーPemaxを設定する。具体的には、制限部240は、Wehc+Wengから触媒の排気浄化能力に応じた第1エンジン上限パワーPemax1を求めるとともに、エンジン水温Thwからエンジン10本体の燃焼状態に応じた第2エンジン上限パワーPemax2を求め、Pemax1およびPemax2のうちの小さい方を選択してエンジン上限パワーPemaxに設定する。
図4は、触媒投入エネルギ(=Wehc+Weng)と第1エンジン上限パワーPemax1との対応関係を示す図である。触媒投入エネルギが大きいほど触媒温度が上昇し触媒の排気浄化能力が向上するため、より多くの排気を浄化することができる。そのため、図4に示すように、触媒投入エネルギが大きいほど、第1エンジン上限パワーPemax1は大きい値に設定される。なお、触媒暖機が完了してもエンジン10本体が冷えたままの状態でエンジン10を高負荷で運転するとやはりエミッションが悪化するおそれがある。そのため、図4に示すように、触媒投入エネルギが低い領域では、触媒投入エネルギが増加しても第1エンジン上限パワーPemax1は比較的低い値に維持される。
図5は、エンジン水温Thwと第2エンジン上限パワーPemax2との対応関係を示す図である。エンジン水温Thwが低い領域では、エンジン10の燃焼状態が安定せず排気中のエミッション濃度が高くなる。一方、エンジン水温Thwが高い領域では、エンジン10の燃焼状態が安定し排気中のエミッション濃度が低くなるため、より多くの排気を浄化することができる。そのため、図5に示すように、エンジン水温Thwが低い領域では第2エンジン上限パワーPemax2は比較的低い値に維持され、エンジン水温Thwが高い領域ではエンジン水温Thwが上昇するほど第2エンジン上限パワーPemax2は大きい値に設定される。
このように、第1エンジン上限パワーPemax1(図4参照)および第2エンジン上限パワーPemax2(図5参照)のうちの小さい方を選択してエンジン上限パワーPemaxに設定することで、触媒の排気浄化能力だけでなくエンジン10の燃焼状態に見合ったエンジン負荷とすることができるため、エミッション悪化をより適切に抑制することができる。
図6は、上述の機能を実現するためのECU200の処理手順を示すフローチャートである。
S10にて、ECU200は、CDモード中であるか否かを判定する。CDモード中でない場合(S10にてNO)、ECU200は、S13にてEHCオンとすることを禁止する。
CDモード中である場合(S10にてYES)、ECU200は、S11にてSOCがしきい値Sehc未満であるか否かを判定する。SOCがしきい値Sehc未満でない場合(S11にてNO)、ECU200は、S13にてEHCオンとすることを禁止する。
SOCがしきい値Sehc未満である場合(S11にてYES)、ECU200は、S12にてEHCオンとすることを許可する。
EHCオンとすることが許可された後、ECU200は、S20にてユーザ要求パワーPusおよびEHC消費電力Pehcを算出し、S21にてEHC消費電力Pehcがバッテリ出力可能電力WOUTからユーザ要求パワーPusを減じた許容値(=WOUT−Pus)未満であるか否かを判定する。Pehc<WOUT−Pusである場合(S21にてYES)、ECU200は、S22にてEHCオンとする。そうでない場合(S21にてNO)、ECU200は、S23にてEHCオフとする。
S30にて、ECU200は、EHC消費電力Pehcを積算した値(=ΣPehc)から触媒に投入された電気エネルギ積算値Wehcを算出する。
S31にて、ECU200は、電気エネルギ積算値Wehcが基準値W1を超えたか否かを判定する。
Wehc>W1である場合(S31にてYES)、ECU200は、触媒暖機が完了したとして処理をS38に移してCSモードに移行させる。
Wehc<W1である場合(S31にてNO)、ECU200は、SOCがさらに低下してしきい値Slow未満になったか否かを判定する。SOC<Slowである場合(S32にてYES)、ECU200は、S33にてエンジン10を始動させエンジン10の排気熱による触媒暖機を開始する。その後、ECU200は、S34にてエンジン10が発生する熱エネルギPengを積算した値(=ΣPeng)を用いてエンジン10から触媒に投入された熱エネルギ積算値Wengを算出する。
S35にて、ECU200は、触媒に投入されたエネルギ(=Wehc+Weng)に応じてエンジン上限パワーPemaxを設定し、エンジン10の出力をエンジン上限パワーPemax未満に制限する。この処理の詳細については既に説明したため、ここでの詳細な説明は繰り返さない。
S36にて、ECU200は、触媒に投入されたエネルギ(=Wehc+Weng)が基準値W1を超えたか否かを判定する。Wehc+Weng>W1である場合(S36にてYES)、ECU200は、触媒暖機が完了したとして処理をS38に移してCSモードに移行させる。
Wehc+Weng<W1である場合(S36にてNO)、ECU200は、S37にてSOCがさらに低下してしきい値Scs未満になったか否かを判定する。SOC<Scsである場合(S37にてYES)、ECU200は、これ以上はCDモードを維持することができないとして処理をS38に移しCSモードへ移行させる。一方、SOC>Scsである場合(S37にてNO)、ECU200は、S39にてCDモードを維持する。
CSモードへの移行後(S38の処理後)においても、ECU200は、S40およびS41にて、上述のS34およびS35と同様の処理を行なって、エンジン10の出力をエンジン上限パワーPemax未満に制限する。
図7は、SOCが比較的緩やかに低下する場合のCSモード移行の様子を示す図である。
時刻t1でSOCがしきい値Sehc未満に低下すると、EHCオンとされることが許可され、Pehc<WOUT−Pusであるか否かに応じてEHCへの電力供給が断続的に行われる。すなわち、Pus<WOUT−Pehcである場合は、仮にEHCオンとしても第2MG30のパワー不足は生じずユーザの予期しないエンジン始動は生じないため、EHCオンとされる。一方、Pus>WOUT−Pehcである場合は、仮にEHCオンとすると第2MG30のパワー不足が生じ予期しないエンジン始動が生じるため、一時的にEHCオフとされる。これにより、予期しないエンジン10の始動によるエミッションの悪化を回避しつつドライバビリティを確保することができる。
EHCへの電力供給を断続的に行なうことによって触媒に投入される電気エネルギ積算値Wehcが徐々に増加していく。そして、時刻t2にて電気エネルギ積算値Wehcが基準値W1を超えると、触媒暖機が完了したとして、その時点でCDモードからCSモードに移行される。これにより、確実な触媒暖機を実現することができる。
CSモードへの移行時点においては、触媒暖機は完了しているが、エンジン10本体が未だ冷えたままの状態でありエンジン10の燃焼が安定しないことが想定される。そこで、CSモードへの移行後において、触媒に投入された電気エネルギ積算値Wehcと熱エネルギ積算値Wengとの合計エネルギに応じてエンジン上限パワーPemaxが設定され、エンジン10の出力がエンジン上限パワーPemax未満に制限される。これにより、触媒の排気浄化能力およびエンジン10の燃焼状態に見合ったエンジン負荷とすることができるため、エミッション悪化をより適切に抑制することができる。
図8は、SOCが比較的急に低下する場合のCSモード移行の様子を示す図である。
時刻t11でSOCがしきい値Sehc未満に低下すると、EHCオンとされることが許可され、Pehc<WOUT−Pusであるか否かに応じてEHCへの電力供給が断続的に行われる。これにより、触媒に投入される電気エネルギ積算値Wehcは徐々に増加していくが、電気エネルギ積算値Wehcが基準値W1に達する前の時刻t12でSOCがしきい値Slow未満に低下すると、エンジン10が始動されエンジン10による触媒暖機が開始される。
CDモード中においてもエンジン10が始動された場合には、触媒に投入された電気エネルギ積算値Wehcと熱エネルギ積算値Wengとの合計エネルギに応じてエンジン上限パワーPemaxが設定され、エンジン10の出力がエンジン上限パワーPemax未満に制限される。
そして、時刻t13にて合計エネルギ(=Wehc+Weng)が基準値W1を超えると、触媒暖機が完了したとして、その時点でCDモードからCSモードに移行される。なお、CSモードへの移行後においても、合計エネルギ(=Wehc+Weng)に応じてエンジン上限パワーPemaxが設定され、エンジン10の出力がエンジン上限パワーPemax未満に制限される。
以上のように、本実施の形態によるECU200は、CDモードでのEV走行中にSOCがしきい値Sehc未満に低下した場合に、EHC消費電力Pehcがバッテリ出力可能電力WOUTからユーザ要求パワーPusを減じた許容値未満であるか否かに応じてEHC140への電力供給を断続的に行なう。そして、ECU200は、EHC消費電力Pehcを積算した値(=ΣPehc)から触媒に投入された電気エネルギ積算値Wehcを求め、この電気エネルギ積算値Wehcに応じてCDモードからCSモードへの移行タイミングを決定する。これにより、CDモードからCSモードへの移行の際に、確実な触媒暖機を実現しつつドライバビリティを確保することができる。
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
1 車両、2 ポジションセンサ、3 ストロークセンサ、4 水温センサ、10 エンジン、20 第1MG、30 第2MG、40 動力分割装置、50 減速機、60 PCU、61 コンバータ、62,63 インバータ、64,65 平滑コンデンサ、66 放電抵抗、70 バッテリ、80 駆動輪、100 切替装置、120 監視センサ、130 排気通路、140 EHC、160 充電ポート、170 充電器、200 ECU、210 判定部、220 制御部、230 移行処理部、240 制限部、300 コネクタ、310 外部電源、R1,R2 EHCリレー。

Claims (11)

  1. エンジンおよびモータを備え、原則として前記エンジンを停止させて前記モータの動力で走行する第1モードと前記第1モードよりも高い頻度で前記エンジンを作動させて走行する第2モードとの切替が可能な車両であって、
    前記モータに供給する電力を蓄える蓄電装置と、
    前記蓄電装置の電力で加熱される、前記エンジンの排気を浄化する触媒装置と、
    前記蓄電装置と前記触媒装置との電気的な接続状態を切り替える切替装置と、
    前記エンジン、前記モータおよび前記切替装置を制御する制御装置とを備え、
    前記制御装置は、前記第1モード中に前記蓄電装置の蓄電量が第1量未満に低下した場合、前記触媒装置の消費電力が前記蓄電装置の出力可能電力から車両要求パワーを減じた許容値未満であるか否かに応じて前記触媒装置へ電力を断続的に供給するように前記切替装置を制御し、前記触媒装置に供給される電気エネルギの積算値に応じて前記第1モードから前記第2モードへの切替を行なう、車両。
  2. 前記制御装置は、前記触媒装置の消費電力が前記許容値未満である場合は前記触媒装置へ電力を供給し、前記触媒装置の消費電力が前記許容値以上である場合は前記触媒装置への電力供給を一時的に停止する、請求項1に記載の車両。
  3. 前記制御装置は、前記第1モード中に前記電気エネルギの積算値が基準値を超えた場合に前記第1モードから前記第2モードへの切替を行なう、請求項1に記載の車両。
  4. 前記制御装置は、前記第1モード中に前記蓄電装置の蓄電量が前記第1量よりも小さい第2量未満に低下しても未だ前記電気エネルギの積算値が前記基準値を超えていない場合、前記エンジンを始動させて前記エンジンによる前記触媒装置の暖機を開始し、前記電気エネルギの積算値と前記エンジンから前記触媒装置に投入される熱エネルギの積算値との合計エネルギが前記基準値を超えた場合に前記第1モードから前記第2モードへの切替を行なう、請求項3に記載の車両。
  5. 前記制御装置は、前記エンジンによる前記触媒装置の暖機を行なう際、前記合計エネルギに応じて前記エンジンの出力を制限する、請求項4に記載の車両。
  6. 前記制御装置は、前記合計エネルギが大きいほど前記エンジンの出力の制限量を緩和する、請求項5に記載の車両。
  7. 前記制御装置は、前記合計エネルギから前記触媒装置の活性状態に応じた第1エンジン上限パワーを求めるとともに前記エンジンの冷却水温から前記エンジンの暖機状態に応じた第2エンジン上限パワーを求め、前記エンジンの出力を前記第1エンジン上限パワーを超えずかつ前記第2エンジン上限パワーを超えないように制限する、請求項5に記載の車両。
  8. 前記車両は、前記エンジンの動力で発電するジェネレータをさらに備え、
    前記触媒装置へ供給される電力は、前記ジェネレータおよび前記モータの少なくとも一方の回生電力のうち前記蓄電装置の受入可能電力を超える電力を含む、請求項1に記載の車両。
  9. 前記車両は、前記エンジンの動力で発電するジェネレータをさらに備え、
    前記第1モードは、原則として前記エンジンを停止させて前記モータを作動させることで前記蓄電装置の電力を優先的に消費させる電力消費モードであり、
    前記第2モードは、前記モータを作動させつつ必要に応じて前記エンジンを作動させて前記ジェネレータで発電させることによって前記蓄電装置の電力収支を安定させる電力維持モードである、請求項1に記載の車両。
  10. 前記車両は、車両外部の電源から供給される電力で前記蓄電装置を充電可能に構成される、請求項1に記載の車両。
  11. エンジンおよびモータを備え、原則として前記エンジンを停止させて前記モータの動力で走行する第1モードと前記第1モードよりも高い頻度で前記エンジンを作動させて走行する第2モードとの切替が可能な車両の制御方法であって、
    前記車両は、
    前記モータに供給する電力を蓄える蓄電装置と、
    前記蓄電装置の電力で加熱される、前記エンジンの排気を浄化する触媒装置と、
    前記蓄電装置と前記触媒装置との電気的な接続状態を切り替える切替装置と、
    前記エンジン、前記モータおよび前記切替装置を制御する制御装置とを備え、
    前記制御方法は、
    前記第1モード中に前記蓄電装置の蓄電量が第1量未満に低下したか否かを判定するステップと、
    前記第1モード中に前記蓄電装置の蓄電量が前記第1量未満に低下した場合、前記触媒装置の消費電力が前記蓄電装置の出力可能電力から車両要求パワーを減じた許容値未満であるか否かに応じて前記触媒装置へ電力を断続的に供給するように前記切替装置を制御し、前記触媒装置に供給される電気エネルギの積算値に応じて前記第1モードから前記第2モードへの切替を行なうステップとを含む、車両の制御方法。
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