JP5929699B2

JP5929699B2 - ハイブリッド車両の制御装置

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Publication number: JP5929699B2
Application number: JP2012230948A
Authority: JP
Inventors: 俊介伏木
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2012-10-18
Filing date: 2012-10-18
Publication date: 2016-06-08
Anticipated expiration: 2032-10-18
Also published as: JP2014080163A

Description

本発明は、エンジンとモータとを備えるハイブリッド車両の制御装置に関する。

エンジンとモータとの少なくとも一方の動力によって走行するハイブリッド車両が知られている。

例えば下記の特許文献１には、バッテリの残容量（ＳｔａｔｅＯｆＣｈａｒｇｅ：ＳＯＣ）が所定のＳＯＣ閾値未満となるまではモータの動力のみで走行し、バッテリの残容量がＳＯＣ閾値未満となった場合にエンジンを始動させてエンジン及びモータの動力を用いて走行するハイブリッド車両が開示されている。

また、下記の特許文献２には、回生制動にかかわらずエンジンを始動させる第１閾値と、回生制動があったときにエンジンを始動させる第２閾値とを設定し、エンジンの過去の始動履歴に応じて第２閾値を変更する車両の制御装置が開示されている。

また、下記の特許文献３には、バッテリの残容量がＳＯＣ閾値未満となった場合にエンジンを始動させるハイブリッド車両であって、バッテリの充電時に車両の走行履歴を取得し、エンジン始動後のＳＯＣ閾値を走行履歴に基づいて変更するハイブリッド車両が開示されている。

特開２０１０−１１１１８８号公報特開２０１０−１４９７０１号公報特開２００８−２７９９７０号公報

従来技術においては、ＳＯＣ閾値は車両の走行負荷にかかわらず一定の値に設定されているため、モータの動力のみでの走行距離を長くすることが困難であった。

例えば車両の走行負荷が低い場合にはモータの動力のみで十分に走行できるにもかかわらず、バッテリの残容量が一定のＳＯＣ閾値未満になるとエンジンを始動させているため、モータの動力のみでの走行距離を長くすることができなかった。

また、触媒を暖機することなくエンジンを始動させることは排ガス浄化性能が悪化するおそれがあるため、エンジン始動時にエンジンの回転数や負荷を抑え、一定時間、エンジンを暖機運転させることでエンジンの排気によって触媒を暖機するのが一般的である。バッテリの残容量がＳＯＣ閾値未満になったときに車両の走行負荷が高い場合であっても、モータの動力のみによって走行が可能な程度の残容量がバッテリに残っているのであれば、モータの動力のみによって走行し、エンジンを低負荷で運転させて触媒を暖機することができる。しかしながら、モータの動力のみでの走行距離を長くするためにＳＯＣ閾値を下げた場合、バッテリの残容量がＳＯＣ閾値未満になったときには、走行負荷が高い状態の車両をモータの動力のみによって走行させることが可能な程度の残容量がバッテリに残されていないおそれがある。この場合、エンジンの動力を触媒暖機よりも車両走行に優先させ、モータ及びエンジンの動力によって走行する必要がある。その結果、エンジンを低負荷で運転させて触媒を暖機することが困難になるため、触媒暖機が十分に行われず、排ガス浄化性能が低下するおそれがある。ＳＯＣ閾値を上げることで対処することも考えられるが、この場合、より早い段階でエンジンが始動されることになるため、モータの動力のみでの走行距離を長くすることが困難になってしまう。

本発明の目的は、モータの動力のみでの走行距離を長くするとともに、触媒の排ガス浄化性能を向上させることが可能なハイブリッド車両の制御装置を提供することである。

本発明は、エンジンと、バッテリの電力により駆動されるモータと、を備えたハイブリッド車両の制御装置であって、前記モータの動力のみによって前記ハイブリッド車両が走行している状態で、前記バッテリの残容量が閾値未満となった場合、前記エンジンを始動させる制御手段を有し、前記ハイブリッド車両の走行負荷が低いほど閾値を下げる、ことを特徴とするハイブリッド車両の制御装置である。

また、前記走行負荷は、前記モータの動力のみによって前記ハイブリッド車両が走行しているときの前記ハイブリッド車両の速度、前記モータの要求出力の大きさ、前記バッテリの残容量の変化量又は前記バッテリの温度から推定されてもよい。

また、前記ハイブリッド車両は、排気を浄化する触媒を更に有し、前記制御手段は、前記モータの動力のみによって前記ハイブリッド車両が走行している状態で前記エンジンが始動した回数が多いほど、前記触媒及び前記エンジンの暖機時間を短縮し、前記バッテリの残容量が前記閾値未満となった場合に前記エンジンを始動させ、前記短縮された暖機時間に従って前記触媒を暖機する触媒暖機制御手段を備えてもよい。

また、前記ハイブリッド車両は、排気を浄化する触媒を更に有し、前記制御手段は、前記モータの動力のみによって前記ハイブリッド車両が走行しているときの前記エンジンの要求出力が大きいほど、前記触媒及び前記エンジンの暖機時間を短縮し、前記バッテリの残容量が前記閾値未満となった場合に前記エンジンを始動させ、前記短縮された暖機時間に従って前記触媒を暖機する触媒暖機制御手段を備えてもよい。

また、前記ハイブリッド車両は、排気を浄化する触媒を更に有し、前記制御手段は、前記モータの動力のみによって前記ハイブリッド車両が走行している状態で前記エンジンが駆動した時間が長いほど、前記触媒及び前記エンジンの暖機時間を短縮し、前記バッテリの残容量が前記閾値未満となった場合に前記エンジンを始動させ、前記短縮された暖機時間に従って前記触媒を暖機する触媒暖機制御手段を備えてもよい。

本発明によると、ハイブリッド車両の走行負荷が低くなるほど閾値を下げることで、モータの動力のみでの走行距離を長くするとともに、触媒の排ガス浄化性能を向上させることが可能となる。

本発明の実施形態に係る制御装置が搭載されるハイブリッド車両の一例を示す図である。本発明の実施形態におけるハイブリッド車両のエンジンの制御システムを示す系統図である。本発明の実施形態に係る制御装置による処理の一例を示すフローチャートである。ＥＶ走行時（ＣＤモード時）の平均車速と、その平均車速で走行可能な距離との関係を示すグラフである。モータの出力要求及びＳＯＣ変化量と、ＳＯＣ閾値との関係を示す概念図である。バッテリの温度とＳＯＣ閾値との関係を示す概念図である。エンジンの間欠制御の一例を示す図である。

図１に、本発明の実施形態に係る制御装置が搭載される車両１０を示す。車両１０は、例えば、エンジン１２と、第１モータジェネレータ（以下、「第１ＭＧ」と称する）１４と、第２モータジェネレータ（以下、「第２ＭＧ」と称する）１６と、バッテリ１８と、コンバータ２０と、インバータ２２と、動力分割機構２４と、減速機２６と、駆動輪２８と、充電装置３２と、制御装置４０とを備えている。車両１０は、いわゆるプラグインハイブリッド車両であり、エンジン１２及び第２ＭＧ１６の少なくとも一方の動力で走行する車両であるとともに、家庭用電源等の外部電源６０からの電力でバッテリ１８を充電することが可能な車両である。

エンジン１２は、例えばガソリンエンジンやディーゼルエンジン等の内燃機関である。例えば図２に示すように、エンジン１２は、気筒１２１と気筒１２１の中を上下に移動するピストン１２２と、気筒１２１の上部に設けられた吸入弁１２７、排気弁１２８と、気筒１２１の頂部に設けられたスパークプラグ１２９とを含む内燃部１２０と、内燃部１２０に吸入される空気、燃料が流入する吸気管１２３と、内燃部１２０で燃焼したガスを排気する排気管１３０を含んでいる。吸気管１２３には吸入空気の流量を調整するスロットルバルブ１２４が配置されている。スロットルバルブ１２４はアクチュエータ１２５によって開閉駆動される。また、スロットルバルブ１２４の下流側には、燃料を空気に噴射する燃料噴射装置１２６が配置されている。燃料噴射装置１２６によって燃料が噴射された混合気体は、吸入弁１２７から気筒１２１の中に流入する。気筒１２１の中で燃焼した燃料の排ガスは、排気弁１２８を通って排気管１３０に排気される。排気管１３０には排ガス中の酸素濃度から気筒１２１での燃焼の際の空燃比を出力する空燃比センサ１３１が取り付けられている。空燃比センサ１３１の下流側には、排ガス中の窒素酸化物や二酸化炭素等を除去して排ガスを浄化する触媒１３２が設けられている。触媒１３２は、温度が低いほど排ガス浄化性能が低くなる特性を有する。例えば、排ガスが触媒１３２を通過することにより触媒１３２が暖機され、触媒１３２が活性化される温度領域まで暖められる。例えば、エンジン１２の出力を低負荷に維持し、所定時間、エンジン１２を駆動させることで触媒１３２を暖機する。触媒１３２を通った排ガスは、エキゾーストノズル１３３を通って大気に放出される。また、エンジン１２には、吸気温度を検出するための吸気温センサや、冷却水温度を検出するための水温センサ等が設けられている。

図２に示すように、スロットルバルブ１２４のアクチュエータ１２５、燃料噴射装置１２６、空燃比センサ１３１はエンジンＥＣＵ４４に接続されている。エンジンＥＣＵ４４は、空燃比センサ１３１によって取得した空燃比に応じてスロットルバルブ１２４のアクチュエータ１２５、燃料噴射装置１２６を調整して排気管１３０の中の空燃比が目標空燃比となるように調整する。

第１ＭＧ１４及び第２ＭＧ１６は、発電機として機能することができるとともに、電動機として機能することができる同期モータであり、コンバータ２０及びインバータ２２を介してバッテリ１８に接続されている。例えば、第１ＭＧ１４は、エンジン１２の動力を用いて発電してコンバータ２０及びインバータ２２を介してバッテリ１８を充電する。また、第１ＭＧ１４は、バッテリ１８からの電力によってエンジン１２のクランク軸を回転させる。第２ＭＧ１６は、駆動輪２８に動力を与えるとともに、回生制動によってバッテリ１８を充電する。

バッテリ１８は、例えばニッケル水素二次電池又はリチウムイオン二次電池等の充放電可能な二次電池であり、第１ＭＧ１４及び第２ＭＧ１６を駆動するための電力を蓄電する。バッテリ１８には、バッテリ１８の電流を検出する電流センサと、バッテリ１８の電圧を検出する電圧センサと、バッテリ１８の温度を検出する温度センサとが設けられている。各センサによって検出された信号は、バッテリＥＣＵ４８に出力される。

コンバータ２０は、バッテリ１８から出力された直流電圧を昇圧してインバータ２２に出力する。インバータ２２は、コンバータ２０からの直流電圧を交流電圧に変換して第１ＭＧ１４及び第２ＭＧ１６に出力する。

エンジン１２と第１ＭＧ１４と第２ＭＧ１６とは、動力分割機構２４を構成する遊星歯車機構の三要素にそれぞれ接続されている。すなわち、エンジン１２が遊星歯車機構のプラネタリキャリアに接続され、第１ＭＧ１４が遊星歯車機構のサンギアに接続され、第２ＭＧ１６が遊星歯車機構のリングギアに接続されている。動力分割機構２４は、エンジン１２が発生する動力を出力軸３０と第１ＭＧ１４とに分配する。動力分割機構２４は、減速機２６を介して駆動輪２８に接続されている。エンジン１２、第１ＭＧ１４及び第２ＭＧ１６の動力は動力分割機構２４により統合された後、減速機２６を介して駆動輪２８に伝達され、車両１０が走行する。

車両１０は、走行状態に応じてエンジン１２、第１ＭＧ１４及び第２ＭＧ１６の出力を制御することで、様々な態様の走行を行うことができる。例えば、車両１０は、エンジン１２又は第２ＭＧ１６のいずれか一方で走行する、エンジン１２と第２ＭＧ１６とを協調して走行する、エンジン１２の出力の一部により第１ＭＧ１４で発電を行う等の様々な走行を行うことができる。さらに、減速時において、駆動輪２８から入力される車両１０の運動エネルギにより第２ＭＧ１６で回生発電を行うこともできる。

充電装置３２は、図示しないコネクタを経由して供給された外部電源６０からの電力を直流に変換してバッテリ１８へ出力する。充電装置３２は、バッテリＥＣＵ４８からの制御信号に応じてバッテリ１８に充電される電力量を制御する。

制御装置４０は、運転者の要求と車両１０の状態とに基づき運転を行うよう制御するハイブリッドＥＣＵ（ＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃＣｏｎｔｒｏｌＵｎｉｔ）４２と、エンジン１２を制御するエンジンＥＣＵ４４と、コンバータ２０及びインバータ２２を介して第１ＭＧ１４及び第２ＭＧ１６を制御するモータＥＣＵ４６と、バッテリ１８を管理するバッテリＥＣＵ４８とを備えている。

ハイブリッドＥＣＵ４２には、アクセルペダル、ブレーキペダル、シフトレバー等が電気的に接続されており、これらから運転者の要求を示す信号が入力される。また、ハイブリッドＥＣＵ４２には、車両１０の走行速度を検出する車速センサが接続されており、走行速度を示す信号が車速センサから入力される。ハイブリッドＥＣＵ４２は、上述の運転者の要求を示す信号に基づき運転者の要求を判断し、また、エンジンＥＣＵ４４、モータＥＣＵ４６、バッテリＥＣＵ４８及び車速センサからの信号に基づき車両１０の状態を判断して、運転者の要求と車両１０の状態とに適した運転を行うように、エンジンＥＣＵ４４、モータＥＣＵ４６及びバッテリＥＣＵ４８に制御信号を出力する。

エンジンＥＣＵ４４には、エンジン１２の動作状態を検出するセンサ、例えばエンジンの回転速度を検出する回転速度センサが接続されている。エンジンＥＣＵ４４は、回転速度センサからの信号とハイブリッドＥＣＵ４２からの制御信号とに基づき、エンジン１２の回転速度及び出力トルクを算出し、エンジン１２の燃料噴射量や点火時期等を制御することにより、エンジン１２の動作を制御する。また、エンジンＥＣＵ４４は、エンジン１２の運転状態を示す信号をハイブリッドＥＣＵ４２に出力する。

モータＥＣＵ４６には、第１ＭＧ１４及び第２ＭＧ１６の運転状態を示すセンサ、例えば第１ＭＧ１４及び第２ＭＧ１６の回転速度を検出する回転速度センサが接続されている。モータＥＣＵ４６は、回転速度センサからの信号とハイブリッドＥＣＵ４２からの制御信号とに基づき、第１ＭＧ１４及び第２ＭＧ１６の回転速度及び出力トルクを算出し、その算出結果に基づいてコンバータ２０及びインバータ２２を制御することで、第１ＭＧ１４及び第２ＭＧ１６の動作を制御する。また、モータＥＣＵ４６は、第１ＭＧ１４及び第２ＭＧ１６の運転状態を示す信号をハイブリッドＥＣＵ４２に出力する。

バッテリＥＣＵ４８には、バッテリ１８の状態を検出する各種センサが接続されている。例えば、バッテリ１８の充放電電流を検出する電流センサ、バッテリ１８の端子間の電圧を検出する電圧センサ及びバッテリ１８の温度を検出する温度センサ等がバッテリＥＣＵ４８に接続されている。バッテリＥＣＵ４８は、各種センサからの信号に基づいて、バッテリ１８の残容量（ＳＯＣ）を算出し、ＳＯＣを示す信号をハイブリッドＥＣＵ４２に出力する。

次に、車両１０の走行モードについて説明する。車両１０の走行モードには、ＣＤモード（ＣｈａｒｇｅＤｅｐｌｅｔｉｎｇｍｏｄｅ）とＣＳモード（ＣｈａｒｇｅＳｕｓｔａｉｎｍｏｄｅ）とがある。

ＣＤモードは、エンジン１２の動力を用いずに第２ＭＧ１６の動力を用いた走行（以下、「ＥＶ走行」ともいう）を優先的に行うモードである。ＣＤモードでは、バッテリ１８の電力を維持するよりも消費することを優先するために、原則としてエンジン１２を停止させた状態でＥＶ走行が行われる。但し、車両１０に搭載された冷却ポンプ等の機器をエンジン１２によって動作させる場合や事前暖機制御を行う場合等には、ＣＤモードであってもエンジン１２が運転される。なお、要求されている走行負荷が高く、第２ＭＧ１６の動力のみでは運転者が要求する駆動力を出力できない場合にも、エンジン１２は運転される。

ＣＳモードは、第２ＭＧ１６及びエンジン１２の双方の動力を用いた走行（以下、「ＨＶ走行」ともいう）を行うモードである。ＣＳモードでは、バッテリ１８の電力を消費するよりも維持することを優先するために、必要に応じてエンジン１２の始動及び停止を間欠的に行う間欠制御が実行される。具体的には、ＣＳモードでは、バッテリ１８のＳＯＣを所定範囲に維持可能な量の電力をエンジン１２の動力によって第１ＭＧ１４で発電させてバッテリ１８を充電させる。

ハイブリッドＥＣＵ４２は、バッテリ１８のＳＯＣを示す信号を受け、ＳＯＣに基づいて車両１０の走行モードを制御する。例えば、車両１０がＣＤモードで走行中にＳＯＣがＳＯＣ閾値未満となった場合、ハイブリッドＥＣＵ４２は、走行モードをＣＤモードからＣＳモードに切り替える。ハイブリッドＥＣＵ４２には、予め決定されたデフォルトのＳＯＣ閾値Ｓ_０が設定されている。デフォルトのＳＯＣ閾値Ｓ_０は、ＣＤモードからＣＳモードに走行モードが切り替わったときに、第２ＭＧ１６の動力のみによって走行することができるとともに、エンジン１２を低負荷で運転させて触媒１３２及びエンジン１２を暖機できる程度のＳＯＣに設定される。ハイブリッドＥＣＵ４２は、車両１０の走行負荷に応じてＳＯＣ閾値Ｓ_０を別のＳＯＣ閾値Ｓ_１に変えることで、走行モードがＣＤモードからＣＳモードに移行するタイミングを制御する。具体的には、ハイブリッドＥＣＵ４２は、車両１０の走行負荷が低いほどＳＯＣ閾値を下げ、走行負荷が高いほどＳＯＣ閾値を上げることで、走行モードがＣＤモードからＣＳモードに切り替わるタイミングを制御する。

次に、図３に示すフローチャートを参照して制御装置４０の動作について説明する。車両１０が走行中、ハイブリッドＥＣＵ４２は、エンジンＥＣＵ４４及びモータＥＣＵ４６からの信号に基づき車両１０の走行モードを判断し、走行モードがＣＤモードの場合（Ｓ０１，Ｙｅｓ）、車両１０の走行パターンを特定する（Ｓ０２）。

車両１０の走行パターンを特定するために、ハイブリッドＥＣＵ４２は、ＥＶ走行の状況をモニタリングする（Ｓ０３)。具体的には、ハイブリッドＥＣＵ４２は、ＣＤモード時の平均車速、運転者からの要求出力（モータ要求出力）、バッテリ１８のＳＯＣ変化量及びバッテリ１８の温度のうちの少なくとも１つに基づいて、ＥＶ走行状況をモニタリングする。

また、ハイブリッドＥＣＵ４２は、ＣＤモード時のエンジン１２の駆動状況をモニタリングする（Ｓ０４）。具体的には、ハイブリッドＥＣＵ４２は、ＣＤモード時のエンジン１２の始動回数、エンジン１２の要求出力及びエンジン１２の駆動時間のうちの少なくとも１つに基づいて、ＣＤモード時のエンジン１２の駆動状況をモニタリングする。なお、ステップＳ０３，Ｓ０４の処理は同時に実行されてもよいし、順番が逆に実行されてもよい。

そして、ハイブリッドＥＣＵ４２は、ＣＤモード時の平均速度、運転者からの要求出力（モータ要求出力）、バッテリ１８のＳＯＣ変化量又はバッテリ１８の温度に基づいて、デフォルトのＳＯＣ閾値Ｓ_０を補正することで新たなＳＯＣ閾値Ｓ_１を決定する（Ｓ０５）。例えば、ハイブリッドＥＣＵ４２は、所定のタイミングごとにＳＯＣ閾値Ｓ_１を求めてＳＯＣ閾値Ｓ_１を順次更新する。

以下、新たなＳＯＣ閾値Ｓ_１を決定する方法について説明する。まず、図４を参照して、ＣＤモード時の平均車速に基づいてＳＯＣ閾値Ｓ_１を決定する方法について説明する。図４は、ＣＤモード時（ＥＶ走行時）の平均車速と、その平均車速で走行可能な距離（ＥＶ走行距離）との関係を示すグラフである。図４に示すように、平均車速に対するＥＶ走行距離は一定の傾向がある。例えば、平均車速が約３０［ｋｍ／ｈ］の場合にＥＶ走行距離は最大となり、約３０［ｋｍ／ｈ］より遅くなるほど又は速くなるほど、ＥＶ走行距離は短くなる。すなわち、ＥＶ走行距離が最大となる平均車速（最適平均車速Ｖｍ）では走行負荷は最低となり、平均車速が最適平均車速Ｖｍよりも遅く又は速くなって、ＥＶ走行距離と最大ＥＶ走行距離との差が大きい平均車速ほど、走行負荷は高くなる。

ここで、平均速度が最適平均車速ＶｍのときのＳＯＣ閾値をＳＯＣ閾値Ｓ_０とする。ハイブリッドＥＣＵ４２は、平均車速に対応するＥＶ走行距離と最大ＥＶ走行距離との差を求め、その差が大きいほど補正係数（＞１）を大きくし、その補正係数をＳＯＣ閾値Ｓ_０に乗算することで補正後のＳＯＣ閾値Ｓ_１を求める。すなわち、ＥＶ走行距離と最大ＥＶ走行距離との差が大きい平均車速ほど走行負荷は高くなるため、補正係数を大きくする。これにより、ＳＯＣ閾値Ｓ_１はＳＯＣ閾値Ｓ_０よりも大きくなるため、ＣＤモードからＣＳモードへの移行タイミングは、ＳＯＣ閾値がＳＯＣ閾値Ｓ_０のときよりも早くなる。

また、ＣＤモード時の運転者からの要求出力（モータ要求出力）に基づいてＳＯＣ閾値Ｓ_１を決定してもよい。例えば、ハイブリッドＥＣＵ４２は、車速とアクセル量とに基づいてＣＤモード時のモータ要求出力を求める。ここで、モータ要求出力が予め決定された基準要求出力のときのＳＯＣ閾値をＳＯＣ閾値Ｓ_０とする。ハイブリッドＥＣＵ４２は、基準要求出力に対してモータ要求出力が大きい場合、要求出力が大きくなるほど補正係数（＞１）を大きくし、基準要求出力に対してモータ要求出力が小さい場合、要求出力が小さくなるほど補正係数（＜１）を小さくし、補正係数をＳＯＣ閾値Ｓ_０に乗算することで補正後のＳＯＣ閾値Ｓ_１を求める。すなわち、モータ要求出力が大きいほど走行負荷は高くなるため補正係数を大きくし、モータ要求出力が小さいほど走行負荷は低くなるため補正係数を小さくする。これにより、図５に示すように、モータ要求出力が大きいほどＳＯＣ閾値Ｓ_１は大きくなり、モータ要求出力が小さくなるほどＳＯＣ閾値Ｓ_１は小さくなる。モータ要求出力が大きいほどＳＯＣ閾値Ｓ_１は大きくなるため、ＣＤモードからＣＳモードへの移行タイミングは、ＳＯＣ閾値がＳＯＣ閾値Ｓ_０のときよりも早くなる。一方、モータ要求出力が小さいほどＳＯＣ閾値Ｓ_１は小さくなるため、ＣＤモードからＣＳモードへの移行タイミングは、ＳＯＣ閾値がＳＯＣ閾値Ｓ_０のときよりも遅くなる。

また、ＣＤモード時のバッテリ１８のＳＯＣ変化量に基づいてＳＯＣ閾値Ｓ_１を決定してもよい。例えば、ハイブリッドＥＣＵ４２は、単位時間あたりのＳＯＣ変化量を求め、その単位時間あたりのＳＯＣ変化量に基づいてＳＯＣ閾値Ｓ_１を決定する。ここで、ＳＯＣ変化量が予め決定された基準変化量のときのＳＯＣ閾値をＳＯＣ閾値Ｓ_０とする。ハイブリッドＥＣＵ４２は、基準変化量に対してＳＯＣ変化量が大きい場合、ＳＯＣ変化量が大きくなるほど補正係数（＞１）を大きくし、基準ＳＯＣ変化量に対してＳＯＣ変化量が小さい場合、ＳＯＣ変化量が小さくなるほど補正係数（＜１）を小さくし、補正係数をＳＯＣ閾値Ｓ_０に乗算することで補正後のＳＯＣ閾値Ｓ_１を求める。すなわち、ＳＯＣ変化量が大きいほど走行負荷は高くなるため補正係数を大きくし、ＳＯＣ変化量が小さいほど走行負荷は低くなるため補正係数を小さくする。これにより、図５に示すように、ＳＯＣ変化量が大きいほどＳＯＣ閾値Ｓ_１は大きくなり、ＳＯＣ変化量が小さいほどＳＯＣ閾値Ｓ_１は小さくなる。ＳＯＣ変化量が大きいほどＳＯＣ閾値Ｓ_１は大きくなるため、ＣＤモードからＣＳモードへの移行タイミングは、ＳＯＣ閾値がＳＯＣ閾値Ｓ_０のときよりも早くなる。一方、ＳＯＣ変化量が小さいほどＳＯＣ閾値Ｓ_１は小さくなるため、ＣＤモードからＣＳモードへの移行タイミングは、ＳＯＣ閾値がＳＯＣ閾値Ｓ_０のときよりも遅くなる。

また、バッテリ１８として用いられる二次電池は、低温時に内部抵抗が上昇し、高温時には発熱によって温度が過上昇する。そのため、図６に示すように、常温等の基準温度よりも低温又は高温になるほど、バッテリ１８の充放電許容量は低下し、車両１０の走行負荷が高くなる。そこで、バッテリ１８の温度に基づいてＳＯＣ閾値Ｓ_１を決定してもよい。ここで、バッテリ１８の温度が予め決定された基準温度のときのＳＯＣ閾値をＳＯＣ閾値_０とする。ハイブリッドＥＣＵ４２は、基準温度に対してバッテリ１８の温度が低く又は高くなるほど補正係数（＞１）を大きくし、その補正係数をＳＯＣ閾値Ｓ_０に乗算することで補正後のＳＯＣ閾値Ｓ_１を求める。すなわち、バッテリ１８の温度が低く又は高くなるほど走行負荷は高くなるため補正係数を大きくする。これにより、図６に示すように、バッテリ１８の温度が低く又は高くなるほどＳＯＣ閾値Ｓ_１は大きくなり、ＣＤモードからＣＳモードへの移行タイミングは、ＳＯＣ閾値がＳＯＣ閾値Ｓ_０のときよりも早くなる。

以上のようにして、ステップＳ０５にて新たなＳＯＣ閾値Ｓ_１が求められる。

図３に示すフローチャートに戻って説明すると、ハイブリッドＥＣＵ４２は、ＣＤモード時のエンジン１２の始動回数、エンジン１２の要求出力又はエンジン１２の駆動時間に基づいて、ＣＤモードからＣＳモードに移行した後に実行される触媒暖機及びエンジン暖機の時間を決定する（Ｓ０６）。例えば、ハイブリッドＥＣＵ４２は、所定のタイミングごとにＣＳモード時の触媒暖機及びエンジン暖機の時間を求め、暖機時間を順次更新する。なお、ステップＳ０５，Ｓ０６の処理は同時に実行されてもよいし、順番が逆に実行されてもよい。

以下、暖機時間を決定する方法について説明する。まず、ＣＤモード時のエンジン１２の始動回数に基づいて暖機時間を決定する方法について説明する。エンジンＥＣＵ４４は、ＣＤモード時のエンジン１２の始動回数をカウントし、始動回数を示す信号をハイブリッドＥＣＵ４２に出力する。ここで、ＣＤモード時の始動回数がゼロ回のときの触媒暖機時間及びエンジン暖機時間を、それぞれデフォルトの暖機時間とする。ハイブリッドＥＣＵ４２は、ＣＤモード時の始動回数が多いほど補正係数（＜１）を小さくし、その補正係数をデフォルトの触媒暖機時間及びエンジン暖機時間に乗算することで補正後の触媒暖機時間及びエンジン暖機時間を求める。これにより、ＣＤモード時のエンジン１２の始動回数が多いほど、ＣＳモード時の触媒暖機時間及びエンジン暖機時間が短縮される。

ＣＤモードでは基本的にエンジン１２は始動されないが、エンジン１２によって冷却ポンプ等の各機器が駆動されることもあるため、ＣＤモードであってもエンジン１２が始動される場合がある。ＣＤモード時のエンジン１２の始動回数が多いほど、エンジン１２の排気によって触媒１３２が暖機され、また、エンジン１２も暖機されることになる。このようにＣＤモード時に触媒１３２及びエンジン１２が暖機された場合、ＣＳモード時に実行される触媒暖機及びエンジン暖機の時間を短縮しても、触媒１３２を十分に活性化させることができ、また、エンジン１２を十分に暖機することができる。従って、上述したように、ＣＤモード時のエンジン１２の始動回数が多いほどＣＳモード時の暖機時間を短縮することで、必要最低限のエンジン１２の駆動によって暖機を行うことが可能となる。

また、ＣＤモード時にエンジン１２を駆動したときの要求出力の合計に基づいて、ＣＳモード時の触媒暖機時間及びエンジン暖機時間を決定してもよい。例えば、ハイブリッドＥＣＵ４２は、エンジン１２に対する要求出力が大きいほど補正係数（＜１）を小さくし、その補正係数をデフォルトの触媒暖機時間及びエンジン暖機時間に乗算することで、補正後の触媒暖機時間及びエンジン暖機時間を求める。これにより、ＣＤモード時のエンジン１２の要求出力が大きいほど、ＣＳモード時の触媒暖機時間及びエンジン暖機時間が短縮される。ＣＤモード時のエンジン１２の要求出力が大きいほど触媒１３２及びエンジン１２は暖機されているため、ＣＳモード時の暖機時間を短縮することができ、これにより、必要最低限のエンジン１２の駆動によって暖機を行うことが可能となる。

また、ＣＤモード時のエンジン１２の駆動時間に基づいて、ＣＳモード時の触媒暖機時間及びエンジン暖機時間を決定してもよい。例えば図７に示すように、ＣＤモード時にエンジン１２の駆動及び停止が間欠的に行われる場合がある。ＣＳモード時の暖機時間を求めるタイミングにエンジン１２が駆動している場合、ハイブリッドＥＣＵ４２は、エンジン１２の駆動時間が長いほど補正係数（＜１）を小さくし、その補正係数をデフォルトの触媒暖機時間及びエンジン暖機時間に乗算することで、補正後の触媒暖機時間及びエンジン暖機時間を求める。これにより、ＣＤモード時のエンジン１２の駆動時間が長いほど、ＣＳモード時の触媒暖機時間及びエンジン暖機時間が短縮されるため、必要最低限のエンジン１２の駆動によって暖機を行うことが可能となる。また、ＣＳモード時の暖機時間を求めるタイミングにエンジン１２が停止している場合、ハイブリッドＥＣＵ４２は、エンジン１２の停止時間が長いほど補正係数（＜１）を大きくし、その補正係数をデフォルトの触媒暖機時間及びエンジン暖機時間に乗算することで、補正後の触媒暖機時間及びエンジン暖機時間を求める。これにより、ＣＤモード時のエンジン１２の停止時間が長いほど、ＣＳモード時の触媒暖機時間及びエンジン暖機時間が長くなるため、ＣＳモードにて十分に暖機を行うことが可能となる。なお、ＣＤモード時のエンジン１２の要求出力と、エンジン１２の駆動時間又は停止時間とに基づいて、ＣＳモード時の触媒暖機時間及びエンジン暖機時間を求めてもよい。例えば、エンジン１２の要求出力が大きいほど補正係数（＜１）を小さくする一方、エンジン１２の停止時間が長いほど補正係数（＜１）を大きくすることで、ＣＳモード時の暖機時間を求める。

また、ＣＤモード時に触媒暖機に必要な出力でエンジン１２が運転されて触媒１３２が暖機された場合、ＣＤモード時の触媒暖機時間の長さに基づいて、ＣＳモード時の触媒暖機時間を決定してもよい。例えば、ハイブリッドＥＣＵ４２は、ＣＤモード時の触媒暖機時間が長いほど補正係数（＜１）を小さくし、その補正係数をデフォルトの触媒暖機時間に乗算することで補正後の触媒暖機時間を求める。これにより、ＣＤモード時の触媒暖機時間が長いほど、ＣＳモード時の触媒暖機時間が短縮される。ＣＤモード時の触媒暖機時間が長いほど触媒１３２は暖機されているため、ＣＳモード時の触媒暖機時間を短縮することができ、そのことにより、必要最低限のエンジン１２の駆動によって暖機を行うことが可能となる。

また、ＣＤモード時の触媒１３２の温度を推定し、その推定温度に基づいてＣＳモード時の触媒暖機時間を決定してもよい。例えば、エンジンＥＣＵ４４は、エンジン１２内部の温度、例えば、エンジン１２の冷却水の温度や吸気温度に基づいて触媒１３２の温度を推定する。ハイブリッドＥＣＵ４２は、触媒１３２の推定温度が高いほど補正係数（＜１）を小さくし、その補正係数をデフォルトの触媒暖機時間に乗算することで、補正後の触媒暖機時間を求める。これにより、ＣＤモード時の触媒温度が高いほど、ＣＳモード時の触媒暖機時間が短縮される。ＣＤモード時の触媒温度が高いほど触媒１３２は暖機されているため、ＣＳモード時の触媒暖機時間を短縮することができ、そのことにより、必要最低限のエンジン１２の駆動によって暖機を行うことが可能となる。

以上のようにして、ステップＳ０６にてＣＳモード時の触媒暖機時間及びエンジン暖機時間が求められる。

図３に示すフローチャートに戻って説明すると、ハイブリッドＥＣＵ４２はバッテリ１８のＳＯＣを監視し、ＳＯＣがＳＯＣ閾値Ｓ_１未満になった場合（Ｓ０７，Ｙｅｓ）、走行モードをＣＤモードからＣＳモードに切り替える（Ｓ０８）。これにより、エンジン１２が始動する。エンジンＥＣＵ４４は、補正後の触媒暖機時間及びエンジン暖機時間に従ってエンジン１２を低負荷で暖機運転させ、触媒１３２及びエンジン１２を暖機する（Ｓ０９）。エンジン１２を暖機運転させている間、第２ＭＧ１６の動力によって車両１０を走行させればよい。または、ＣＤモード時にＳＯＣがＳＯＣ閾値Ｓ_１未満となった場合、第２ＭＧ１６の動力によって車両１０を走行させるとともに、補正後の触媒暖機時間及びエンジン暖機時間に従ってエンジン１２を暖機運転させ、暖機時間が経過した後に、ＣＳモードに移行して、第２ＭＧ１６及びエンジン１２の双方の動力によって車両１０を走行させてもよい。なお、ＣＤモード時にエンジン１２が始動されなかった場合、エンジンＥＣＵ４４は、デフォルトの暖機時間に従ってエンジン１２を暖機運転させることで、触媒１３２及びエンジン１２を暖機する。

上述した本実施形態に係る制御装置４０によると、車両１０の走行負荷が低いほどＳＯＣ閾値を小さくすることで、ＳＯＣ閾値がより大きい場合と比べて、ＳＯＣがより少なくなるまでＥＶ走行を継続することができ、その結果、ＥＶ走行距離を長くすることができる。そのことにより、燃費消費量及び排気ガス排出量を抑制して環境性能を向上させることができる。

一方、車両１０の走行負荷が高いほどＳＯＣ閾値を大きくすることで、ＳＯＣ閾値がより小さい場合と比べて、ＳＯＣがより多くバッテリ１８に残っているタイミングで走行モードがＣＳモードに移行してエンジン１２が始動する。そのため、走行負荷が高い場合であっても、ＣＳモード移行時のＳＯＣによって第２ＭＧ１６を駆動し、第２ＭＧ１６の動力によって車両１０を走行させることができるので、エンジン１２を低負荷で運転させて暖機運転に専念させることができる。これにより、触媒１３２を活性化させることができるので、触媒１３２の排ガス浄化性能を向上させ、環境性能を向上させることができる。

従来技術においては、走行負荷にかかわらず一定のＳＯＣ閾値によって走行モードを切り替えていたため、車両負荷が高い状態で走行モードがＣＳモードに移行した場合、第２ＭＧ１６の動力のみで車両１０を走行させることができる程度のＳＯＣがバッテリ１８に残っていない場合がある。この場合、高い走行負荷に対応するためにエンジン１２を高負荷で運転させる必要があるため、エンジン１２を暖機運転させることができず、触媒１３２を活性化させることができないおそれがある。これに対して本実施形態に係る制御装置４０は、走行負荷が高いほどＳＯＣ閾値を大きくしてエンジン１２を始動させているため、第２ＭＧ１６の動力のみで車両１０を走行させることができる程度のＳＯＣがバッテリ１８に残っている状態で、走行モードがＣＤモードからＣＳモードに移行する。そのことにより、第２ＭＧ１６によって車両１０を高負荷で走行させつつ、エンジン１２を暖機運転させて触媒１３２を十分に活性化させることが可能となる。

以上のように、本実施形態に係る制御装置４０によると、ＥＶ走行距離を長くして燃費を向上させるとともに、触媒１３２の活性化を十分に行って排ガス浄化性能を向上させることが可能となる。

また、ＣＤモード時のエンジン１２の始動回数、エンジン１２の要求出力又はエンジン１２の駆動時間に応じて、ＣＳモード時の暖機時間を短縮することができるため、必要最低限のエンジン１２の駆動によって暖機を行うことが可能となる。

上述した制御装置４０は、一例としてハードウェア資源とソフトウェアとの協働により実現される。具体的には、制御装置４０の機能（ハイブリッドＥＣＵ４２、エンジンＥＣＵ４４、モータＥＣＵ４６及びバッテリＥＣＵ４８の機能）は、記録媒体に記録されたプログラムがメモリに読み出されてＣＰＵ(ＣｅｎｔｒａｌＰｒｏｃｅｓｓｉｎｇＵｎｉｔ)等のプロセッサにより実行されることによって実現される。上記のプログラムは、コンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録されて提供されることも可能であるし、データ信号として通信により提供されることも可能である。なお、制御装置４０は、ハードウェアのみにより実現されてもよい。また、制御装置４０は、物理的に１つの装置により実現されてもよいし、複数の装置により実現されてもよい。

１０車両、１２エンジン、１４第１モータジェネレータ（第１ＭＧ）、１６第２モータジェネレータ（第２ＭＧ）、１８バッテリ、２０コンバータ、２２インバータ、２４動力分割機構、２６減速機、２８駆動輪、３０出力軸、３２充電装置、４０制御装置、４２ハイブリッドＥＣＵ、４４エンジンＥＣＵ、４６モータＥＣＵ、４８バッテリＥＣＵ、６０外部電源、１２０内燃部、１２１気筒、１２２ピストン、１２３吸気管、１２４スロットバルブ、１２５アクチュエータ、１２６燃料噴射装置、１２７吸入弁、１２８排気弁、１２９スパークプラグ、１３０排気管、１３１空燃比センサ、１３２触媒、１３３エキゾーストノズル。

Claims

エンジンと、バッテリの電力により駆動されるモータと、を備えたハイブリッド車両の制御装置であって、
前記モータの動力のみによって前記ハイブリッド車両が走行している状態で、前記バッテリの残容量が閾値未満となった場合に、前記エンジンを始動させる制御手段を有し、
前記ハイブリッド車両は、排気を浄化する触媒を有し、
前記制御手段は、前記バッテリの残容量が前記閾値未満となった場合に前記エンジンを始動させ、前記触媒を暖機する触媒暖機制御手段を更に有し、
前記閾値は、前記エンジンを始動させたときに、前記モータの動力のみによって前記ハイブリッド車両を走行させることができる残容量を示す値であり、
前記ハイブリッド車両の走行負荷が低いほど前記閾値を下げる、
ことを特徴とするハイブリッド車両の制御装置。
請求項１に記載のハイブリッド車両の制御装置であって、
前記走行負荷は、前記モータの動力のみによって前記ハイブリッド車両が走行しているときの前記ハイブリッド車両の速度、前記モータの要求出力の大きさ、前記バッテリの残容量の変化量又は前記バッテリの温度から推定される、
ことを特徴とするハイブリッド車両の制御装置。
請求項１又は請求項２に記載のハイブリッド車両の制御装置であって、
前記触媒暖機制御手段は、前記モータの動力のみによって前記ハイブリッド車両が走行している状態で前記エンジンが始動した回数が多いほど、前記触媒及び前記エンジンの暖機時間を短縮し、前記バッテリの残容量が前記閾値未満となった場合に前記エンジンを始動させ、前記短縮された暖機時間に従って前記触媒を暖機する、
ことを特徴とするハイブリッド車両の制御装置。
請求項１又は請求項２に記載のハイブリッド車両の制御装置であって、
前記触媒暖機制御手段は、前記モータの動力のみによって前記ハイブリッド車両が走行しているときの前記エンジンの要求出力が大きいほど、前記触媒及び前記エンジンの暖機時間を短縮し、前記バッテリの残容量が前記閾値未満となった場合に前記エンジンを始動させ、前記短縮された暖機時間に従って前記触媒を暖機する、
ことを特徴とするハイブリッド車両の制御装置。
請求項１又は請求項２に記載のハイブリッド車両の制御装置であって、
前記触媒暖機制御手段は、前記モータの動力のみによって前記ハイブリッド車両が走行している状態で前記エンジンが駆動した時間が長いほど、前記触媒及び前記エンジンの暖機時間を短縮し、前記バッテリの残容量が前記閾値未満となった場合に前記エンジンを始動させ、前記短縮された暖機時間に従って前記触媒を暖機する、
ことを特徴とするハイブリッド車両の制御装置。