JP5981439B2 - ハイブリッド車両の制御装置 - Google Patents

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Description

本発明は、ハイブリッド車両の制御装置に関する。
エンジンとモータの少なくとも一方の動力により走行するハイブリッド車両が公知である。ハイブリッド車両では、モータに電力を供給するバッテリの蓄電量あるいは充電状態(SC)が所定範囲内となるように制御される。バッテリのSOCが所定範囲の下限値以下ではエンジンを強制的に駆動し、エンジンの駆動力を用いて発電した電力でバッテリを充電し、バッテリのSOCを回復する。
他方、ハイブリッド車両では、燃費を向上させるためにモータのみで走行できる距離を可能な限り増大させることが要求されているが、モータの温度が所定の許容温度を超えた場合には、モータの性能低下を防止するために、モータの負荷を制限するように制御する技術が知られている。
下記の特許文献1には、モータの温度が所定の温度を超えた場合に、モータに印加される負荷を制限する負荷制限制御を実施するハイブリッド駆動装置が開示されており、車両の積載状態もしくは牽引状態を検出する手段を備え、検出された積載状態もしくは牽引状態に基づいて負荷制限開始温度を決定することが開示されている。具体的には、牽引状態にあり走行抵抗が非牽引状態より大きい場合に、負荷制限開始温度を非牽引状態における温度よりも低い側に決定する。また、牽引量が大きい場合は、牽引量が小さい場合よりもさらに負荷制限開始温度を低い側に決定する。これにより、モータとしてその耐え得る限界温度である発熱限界温度が決まっている状況においても、積載量が多いあるいは牽引状態に伴って走行抵抗が増加し、温度上昇率が上昇した場合でも、モータの温度を発熱限界温度内に維持できる。
また、下記の特許文献2には、プラグインハイブリッド車両において、モータの動力のみで走行を優先的に行うCD(Charge Depletting mode)からエンジン及びモータの動力を用いて走行するCS(Charge Sustain mode)へ移行する時のエミッション浄化性能をユーザに違和感を与えることなく確保する車両の制御装置が開示されている。
特開2009−255916号公報 特開2011−51395号公報
ところで、モータの温度が所定の温度を超えた場合に、モータに印加される負荷を制限する負荷制限制御を実施することは、モータを保護する上で有効な技術であるが、一律にモータの負荷を制限してしまうと、モータのみで走行する距離が結果として短くなってしまう問題がある。例えば、モータに電力を供給するバッテリのSOCが十分高い場合、バッテリからモータへ供給する電力の余裕はあるものの、モータの温度が所定の温度に達してしまうと負荷制限制御に移行してしまい、本来、バッテリの電力を十分活用できるにもかかわらずモータ側の事情でモータの動力のみによる走行を維持することができなくなり、バッテリの電力を有効活用できない問題がある。
特に、バッテリを家庭用電源等の車両外部の電源からの電力で充電することが可能なプラグインハイブリッド車両では、家庭用電源からの電力は電力会社等により効率的に発電されたものであるから、バッテリの電力を優先的かつ十分に活用することが望まれる。
本発明の目的は、エンジンとモータの少なくとも一方の動力により走行するハイブリッド車両において、モータの動力のみで走行できる距離を今まで以上に増大し得る制御装置を提供することにある。
本発明は、エンジン及びモータを備えるハイブリッド車両の制御装置であって、前記車両は、走行モードとして、モータの温度が閾温度を超える場合にモータ負荷を制限した状態で走行するモータ負荷制限走行モードを備え、前記モータ負荷制限走行モードでなく走行している場合において、前記モータの動力を分配して駆動される電動ポンプによる冷却供給について、前記モータに電力を供給するバッテリの充電量が所定閾値よりも大きい場合に、前記バッテリの充電量が小さい場合に比べ、相対的に前記モータへの冷却供給が大きくなるように変更して、前記モータへの冷却供給をそのまま維持した場合に比べて前記モータの温度が前記閾温度を超えるタイミングを時間的に遅延させて前記モータ負荷制限走行モードへの移行を抑制する制御手段を有することを特徴とする。
本発明の1つの実施形態では、前記制御手段は、前記バッテリの充電状態に応じて、前記電動ポンプの仕事率を変更する。
本発明によれば、エンジンとモータの少なくとも一方の動力により走行するハイブリッド車両において、モータの動力のみで走行できる距離を今まで以上に増大することができ、燃費が向上する。
実施形態のシステム構成図である。 ECUの構成ブロック図である。 SOCと電動オイルポンプ(EOP)の仕事率の関係を示すグラフ図である。 SOCと電動オイルポンプ(EOP)の仕事率の他の関係を示すグラフ図である。 SOCと電動オイルポンプ(EOP)の仕事率の関係を示すテーブル説明図である。 実施形態の処理フローチャートである。 実施形態の処理フローチャートである。 SOCと電動オイルポンプ(EOP)の仕事率のさらに他の関係を示すグラフ図である。
以下、図面に基づき本発明の実施形態について説明する。但し、以下の実施形態は単なる例示であり、本発明は以下の実施形態に限定されるものではない。
図1に、本実施形態におけるハイブリッド車両10のシステム構成図を示す。ハイブリッド車両10は、例えばプラグインハイブリッド車両である。車両10は、エンジン100及び第2モータジェネレータMG(2)300Bの少なくともいずれかの動力で走行する車両であり、MG(2)300B等に電力を供給する走行用バッテリ310を家庭用電源等の車両外部の交流電源19からの電力で充電可能である。
車両10は、エンジン100、MG(2)300B、走行用バッテリ310に加え、動力分割機構200、減速機14、インバータ330、昇圧コンバータ320、エンジンECU406、MGECU402、HVECU404等を備える。
動力分割機構200は、エンジン100が発生する動力を出力軸212と第1モータジェネレータMG(1)300Aに分配する。エンジン100、MG(1)300A及びMG(2)300Bが動力分割機構200を介して連結されることで、エンジン100、MG(1)300A及びMG(2)300Bの各回転速度は、いずれか2つの回転速度が決定されると残りの回転速度も決定される。
減速機14は、エンジン100、MG(1)300A、MG(2)300Bで発生した動力を駆動輪12に伝達し、あるいは駆動輪12の駆動をエンジン100やMG(1)300A、MG(2)300Bに伝達する。
インバータ330は、走行用バッテリ310の直流とMG(1)300A、MG(2)300Bの交流とを相互に変換する。
昇圧コンバータ320は、走行用バッテリ310とインバータ330との間で電圧変換する。
エンジンECU406は、エンジン100の動作状態を制御する。MGECU402は、車両の10の状態に応じてMG(1)300A、MG(2)300B、インバータ330及び走行用バッテリ310の充放電状態を制御する。HVECU404は、エンジンECU406及びMGECU402を相互に管理制御して、車両10が最も効率的に走行できるようにシステム全体を制御する。エンジンECU406、MGECU402及びHVECU404は別個の構成ではなく、1つのECUに統合されていてもよい。図において、これら3つのECUは、一つのECU400に統合されることを示す。
ECU400には、車速センサ、アクセル開度センサ、スロットル開度センサ、MG(1)回転速度センサ、MG(2)回転速度センサ、エンジン回転数センサ、MG(1)温度センサ、MG(2)温度センサ、及び走行用バッテリの状態を監視する監視ユニット340からの信号が供給される。ECU400は、MG(1)300AあるいはMG(2)300Bをモータとして機能させる場合、走行用バッテリ310からの直流電力を昇圧コンバータ320で昇圧した後、インバータ330で交流電力に変換してMG(1)300A及びMG(2)300Bに供給する。また、ECU400は、走行用バッテリ310を充電する際には、動力分割機構200を介して伝達されるエンジン100の動力によりMG(1)300Aで発電させ、あるいは減速機14を介して伝達される車両の走行エネルギによりMG(2)300Bで発電させる。ECU400は、MG(1)300AあるいはMG(2)300Bで発電した交流電力を、インバータ330で直流電力に変換し、昇圧コンバータ320で降圧して走行用バッテリ310に供給する。もちろん、ECU400は、交流電源19からの交流電力を充電装置11で直流電力に変換して走行用バッテリ310に供給することにより走行用バッテリ310を充電することもできる。
車両10は、走行モードとして、エンジン100の動力を用いずにMG(2)300Bの動力を用いた走行(EV走行)を優先的に行うモードと、エンジン100とMG(2)300Bの双方の動力を用いた走行(HV走行)を行うモードを有する。EV走行を優先的に行うモードでは、走行用バッテリ310の電力を維持するよりも消費することを優先するモードであり、ECU400は、基本的制御として、走行用バッテリ310のSOCを監視し、走行用バッテリ310の充電状態(SOC)が一定値以上あり、かつ、MG(2)温度センサで検出されるモータ温度が閾温度に達するまではこのEV走行モードを維持し、モータ温度が閾温度を超えるとEV走行モードを解除してMG(2)300Bの負荷を制限する制御に移行する。走行用バッテリ310の充電状態(SOC)が一定値未満であれば、HV走行に移行する。
車両10のエンジン100には、エンジン100からの動力により駆動されてオイルパンに貯留されているオイルを吸引し、エンジン100の潤滑対象部位や、動力分配機構200等の潤滑対象部位に圧送する機械式オイルポンプ(MOP)500が連結される。一方、車両10のMG(2)300Bには、MG(2)300Bからの動力により駆動されてオイルパンに貯留されているオイルを吸引し、MG(2)300Bのコイルに供給して冷却する電動式オイルポンプ(EOP)510が連結される。
車両10は、さらに、交流電源19に接続されたパドル15を接続するためのコネクタ13と、コネクタ13を介して供給された交流電源19からの電力を直流に変換して走行用バッテリ310へ供給する充電装置11を備える。充電装置11は、HVECU404からの制御信号に応じて走行用バッテリ310に充電される電力量を制御する。
図2に、ECU400の構成ブロック図を示す。ECU400は、入力インタフェースI/F410、演算部(プロセッサ)420、メモリ430、及び出力インタフェースI/F440を備える。
入力インタフェースI/F410には、上述した通り、車速センサ、アクセル開度センサ、スロットル開度センサ、MG(1)回転速度センサ、MG(2)回転速度センサ、エンジン回転数センサ、MG(1)温度センサ、MG(2)温度センサ、及び走行用バッテリの状態を監視する監視ユニット340からの信号が供給される。図では、これらのうち、MG(2)温度センサで検出されたMG(2)のモータ温度Tと、走行用バッテリ310の充電状態(SOC)のみを示す。
演算部420は、機能ブロックとして、比較部、EOP仕事率設定部、EV走行制御部及び負荷制限部を備える。比較部は、検出されたMG(2)300Bのモータ温度を閾温度と大小比較してモータ温度Tが閾温度Tthを超えたか否かを判定する。EOP仕事率設定部は、走行用バッテリ310のSOCに応じてEOP510の仕事率(あるいは出力値)を設定する。具体的には、EOP仕事率設定部は、メモリ430にアクセスし、メモリ430に記憶されたSOCとEOP510の仕事率との間の所定の関係に基づいて仕事率を設定する。EV走行制御部は、EV走行モードで車両10を走行制御すべく、MG(2)300Bやエンジン100の駆動を制御する。負荷制限部は、比較部での比較結果に基づき、MG(2)300Bの負荷を制限する各種制御を行う。具体的には、負荷制限部は、比較部でモータ温度Tが閾温度Tthを超えたと判定された場合に、MG(2)の負荷を制限し、モータ温度Tが閾温度Tthを超えていない場合に、MG(2)の負荷を制限することなくEV走行モードを維持する。
出力インタフェースI/F440は、演算部420での処理結果を制御指令として出力する。
メモリ430は、上述したように、走行用バッテリ310のSOCとEOP510の仕事率との関係を予め記憶する。
図3に、走行用バッテリ310のSOCとEOP510の仕事率との関係を示す。SOCは、満充電状態を100とする百分率で示される。EOP510の仕事率は、駆動時間と非駆動時間の比率(デューティ比)で示される。常時駆動の場合にはデューティ比100%、駆動時間と非駆動時間が半々の場合にはデューティ比50%である。デューティ比が増大する程、オイルをオイルパンから吸引して冷却箇所に供給する量が増大するから、冷却性能が高くなる。図に示されるように、SOCが増大するほど、EOP510の仕事率はW2からW1まで増大し、SOCがSOC2に達すると仕事率はW1に達し、その後はSOCによらずW1が維持される。W1,W2は任意であるが、例えばW2=30%、W1=100%に設定される。また、SOC2も任意であるが、例えばSOC2=60%に設定される。
走行用バッテリ310のSOCが増大する程、EOP510の仕事率を増大させる理由は以下の通りである。すなわち、走行用バッテリ310のSOCが増大すれば、その分だけ走行用バッテリ310の蓄電量に余裕があるため、可能な限り走行用バッテリ310の蓄電量を消費してMG(2)300Bをモータとして駆動し、MG(2)300Bの動力のみで走行するEV走行モードを維持してEV走行モードによる走行距離を増大させるべきである。他方、たとえ走行用バッテリ310の蓄電量に余裕があったとしても、MG(2)300Bのモータ温度が高くなり、閾温度を超えてしまうと、MG(2)300Bの不具合や損傷を防止するために、MG(2)300Bの負荷を制限する負荷制限制御に移行せざるを得なくなる。
そこで、走行用バッテリ310のSOCが増大するほど、EOP510の仕事率を増大させてMG(2)300Bのコイルの冷却性能を増大させることでMG(2)300Bのモータ温度が閾温度に達しないように制御し、EV走行モードを維持する。
図4に、走行用バッテリ310のSOCとEOP510の仕事率との他の関係を示す。SOCがSOC1に達するまではデューティ比はW2で一定であり、SOCがSOC1を超えるとSOCに応じてリニアにデューティ比は増大し、SOCがSOC2(SOC1<SOC2)を超えるとデューティ比はW1で一定となる。W1,W2は任意であるが、例えばW2=30%、W1=100%に設定される。また、SOC1,SOC2も任意であるが、例えばSOC1=50%、SOC2=60%に設定される。
このように、SOCに応じてEOP510の仕事率を増大させることで、MG(2)300Bのモータ温度の温度上昇を抑制し、モータ温度が閾温度に達するまでの時間を増大させることで、EV走行モードによる走行距離を増大させることができる。
なお、図3、図4では、SOCと仕事率(デューティ比)との関係を関数として規定しているが、もちろんこれらの関係をテーブルとして規定することもできる。
図5には、SOCと仕事率(デューティ比)との関係を規定するテーブルの一例を示す。SOC毎に、EOP仕事率(デューティ比)が規定される。例えば、SOCがx(%)の場合には、デューティ比はWx(%)であり、SOCがy(%)の場合には、デューティ比はWy(%)である。具体的には、SOCが50%の場合には、デューティ比は30%であり、SOCが70%の場合には、デューティ比は100%等である。メモリ430には、図3、図4に示すような関数として、あるいは図5に示すようなテーブルとして、SOCと仕事率との関係が記憶される。そして、ECU400内の演算部420は、メモリ430に記憶されたこのような関係を用いてMG(2)300Bのモータ温度Tを制御しつつ、モータ温度Tと閾温度との比較結果に基づいてEV走行モードと負荷制限を切り替える制御指令を出力する。
図6に、本実施形態におけるECU400の基本処理フローチャートを示す。まず、ECU400は、閾温度Tthを設定する(S10)。閾温度は、予めMG(2)300Bの種類、あるいはMG(2)300Bが搭載される車両の種類に応じて設定する。
次に、ECU400は、MG(2)300Bのモータ温度Tを取得する(S11)。
モータ温度Tを取得した後、ECU400は、取得したモータ温度Tと閾温度Tthとを比較する(S12)。
比較の結果、T>Tthでない、すなわちMG(2)300Bのモータ温度が未だ閾温度Tthを超えていない場合には、ECU400はMG(2)300Bの動力のみで走行するEV走行モードを維持すべく制御する(S13)。なお、EV走行モードで走行する際には、走行用バッテリ310のSOCが所定の下限値を超えていることが前提となるのはいうまでもない。また、比較の結果、T>Tthである、すなわちMG(2)300Bのモータ温度が閾温度Tthを超えた場合には、EV走行制御から負荷制限制御に移行させる(S14)。負荷制限制御では、MG(2)300Bの負荷を制限し、MG(2)300Bに加えてエンジン100の動力も併用する制御であるが、必ずしもこれに限定されるものではない。例えば、減速機14における減速比の変更やエンジントルクの変更を伴っていてもよい。
図7に、本実施形態におけるECU400の割込み処理フローチャートを示す。ECU400は、走行用バッテリ310のSOCを取得する(S20)。
次に、ECU400は、メモリ430にアクセスして、取得したSOCに応じたEOP510の仕事率(デューティ比)を設定する(S21)。
走行用バッテリ310のSOCに応じてEOP510の仕事率を設定すると、ECU400は設定した仕事率でEOP510を駆動し、MG(2)300Bを冷却する(S22)。具体的には、MG(2)300Bの動力を分配してEOP510を回転駆動するポンプ制御部を設け、このポンプ制御部によりEOP510の回転数を制御する構成とし、ECU400は、設定した仕事率に応じた制御指令をポンプ制御部に供給し、ポンプ制御部がEOP510の回転数を制御することで、設定された仕事率でオイルをMG(2)300Bの所定冷却箇所にオイルを供給する。MG(2)300Bを冷却することで、MG(2)300Bのモータ温度Tが閾温度Tthに達することを抑制し、図6のS12の処理においてYES、すなわちモータ温度Tが閾温度Tthを超えたと判定されることを抑制してEV走行モードから負荷制限モードへの移行が抑制される。
本実施形態では、走行用バッテリ310のSOCが相対的に高い場合にEOP510の仕事率を増大させているが、EOP510はMG(2)300Bの動力により駆動され、MG(2)300Bは走行用バッテリ310からの電力により駆動されるから、EOP510の仕事率を増大させることで、EOP510の仕事率をそのまま維持する場合に比べて走行用バッテリ310のSOCの低下の割合は増大することになる。しかしながら、この場合においても、走行用バッテリ310のSOCに余裕があれば、EV走行モードを維持することができ、かつ、モータ温度Tが閾温度Tthを超えないように制御することができる。言い換えれば、EOP510の仕事率を一定のまま維持した場合に、走行用バッテリ310のSOCが所定の下限値を下回ってEV走行モードから負荷制限モードに移行するタイミングよりも、モータ温度Tが閾温度Tthを超えるためにEV走行モードから負荷制限モードに移行してしまうタイミングの方が早いところ、本実施形態では、EOP510の仕事率を増大させてモータ温度Tが閾温度Tthを超えるタイミングを時間的に遅延させてEV走行モードの継続時間を増大させるものといえる。
本実施形態において、図3、図4においてSOCと仕事率の関係を例示したが、他の関係も可能である。
図8に、SOCと仕事率の他の関係を示す。走行用バッテリ310のSOCがSOC1以下では仕事率は一定値W2であるが、SOCがSOC1を超えると仕事率W1に増大する。すなわち、仕事率はSOCに応じてステップ的あるいは不連続的に変化する。SOC1は例えば50%に設定される。この場合においても、SOCがSOC1を超えた場合にEOP510の仕事率がW2からW1に増大するので、MG(2)300Bをより強力に冷却できる。
本実施形態では、EOP510をMG(2)300Bの動力により駆動したが、MG(2)300Bとは別のモータにより駆動してもよく、当該別のモータは走行用バッテリ310とは別のバッテリ、例えば補機用のバッテリで駆動してもよい。EOP510を補機バッテリで駆動する場合、走行用バッテリ310のSOCに応じて、補機バッテリで駆動されるEOP510の仕事率を可変設定することになる。
また、本実施形態では、EOP510によりMG(2)300Bを冷却しているが、これに限定されるものではなく、MG(2)300Bに冷媒を供給して冷却する任意の冷却手段を用いることができる。但し、該冷却手段は、EV走行モードにおいて駆動でき、エンジン100が停止状態においても駆動できることが必要である。また、本実施形態では、EOP510の仕事率を例示したが、これに限定されるものではなく、任意の冷却手段の任意の冷却性能を指標として用いることができる。冷却性能を例示すると、冷媒供給量、冷媒供給時間、冷媒供給ポンプのパワー、出力等である。要するに、EV走行モードで駆動されるモータを冷却する冷却手段の冷却性能を、該モータに電力を供給するバッテリのSOCに基づき、SOCが相対的に高い場合に冷却性能が高くなるように調整する任意の技術が含まれる。
10 車両、100 エンジン、300A MG(1)、300B MG(2)、310 走行用バッテリ、400 ECU。

Claims (2)

  1. エンジン及びモータを備えるハイブリッド車両の制御装置であって、
    前記車両は、走行モードとして、モータの温度が閾温度を超える場合にモータ負荷を制限した状態で走行するモータ負荷制限走行モードを備え、
    前記モータ負荷制限走行モードでなく走行している場合において、前記モータの動力を分配して駆動される電動ポンプによる冷却供給について、前記モータに電力を供給するバッテリの充電量が所定閾値よりも大きい場合に、前記バッテリの充電量が小さい場合に比べ、相対的に前記モータへの冷却供給が大きくなるように変更して、前記モータへの冷却供給をそのまま維持した場合に比べて前記モータの温度が前記閾温度を超えるタイミングを時間的に遅延させて前記モータ負荷制限走行モードへの移行を抑制する制御手段
    を有することを特徴とするハイブリッド車両の制御装置。
  2. 請求項1に記載のハイブリッド車両の制御装置において、
    記制御手段は、前記バッテリの充電状態に応じて、前記電動ポンプの仕事率を変更する
    ことを特徴とするハイブリッド車両の制御装置。
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