JP6103058B2 - ハイブリッド車両の制御装置及び制御方法 - Google Patents
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Description
この発明は、ハイブリッド車両(Hybrid Electric Vehicle)の制御装置及び制御方法に関する。
JP2012−086662Aは、ハイブリッド車両の内燃エンジン始動装置を開示する。具体的には、停止状態にある内燃エンジンを始動するときに、エンジン停止位置や冷却水温などに基づいてエンジン始動に必要なトルクを算出し、その大小によってEV駆動可能な領域を可変にする。
しかしながら、JP2012−086662Aでは、ハイブリッド車両が、電動機によるクランキングトルクを確保したうえで、余剰のトルクでEV走行するので、電動機が本来出力可能なトルクよりも小さなトルクでEV走行することになる。そのため、EV走行可能領域が小さくなり、燃費向上効果が減少してしまう。
本発明は、このような問題点に着目してなされた。本発明の目的は、EVモードの走行域を広げることができ、EV走行による燃費向上効果を大きくすることが可能なハイブリッド車両の制御装置及び制御方法を提供することである。
本発明のある態様によれば、ハイブリッド車両の制御装置は、EVモードでは電動機を駆動源として走行し、HEVモードでは少なくとも前記電動機の出力を利用して内燃エンジンをクランキングして始動し前記内燃エンジン及び前記電動機を駆動源として走行する車両を制御する。そして制御装置は、膨張行程の気筒に燃料を供給しこの燃料に点火して発生した燃焼圧力で内燃エンジンをクランキングできるか否かをHEVモードで走行中に判定する膨張行程燃焼可否判定部と、前記膨張行程燃焼可否判定部により内燃エンジンによるクランキングが可能であると判定されると、膨張行程燃焼可能時のEV駆動トルクに基づくEVモードの走行領域を設定し、内燃エンジンによるクランキングが可能ではないと判定されると、膨張行程燃焼不可能時のEV駆動トルクに基づくEVモードの走行領域を設定するEV領域設定部とを含む。さらに制御装置は、車両に要求される駆動トルクがEVモードの走行領域内であればEVモードで走行し、EVモードの走行領域外にあればHEVモードで走行する走行モード設定部を含む。また、走行モード設定部は、HEVモードで走行中に、車両に要求される駆動トルクがEVモードの走行領域内であって、内燃エンジンを停止しても再始動可能な状態である場合に、走行モードをEVモードに切り替える。
以下、添付図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。
図1は、本発明の実施形態におけるハイブリッド車両の一例を示す図である。
車両100は、内燃エンジン1及びモータージェネレーター5によって駆動輪2を駆動するハイブリッド車両(Hybrid Electric Vehicle)である。本実施形態では、車両100として、フロントエンジン・リヤホイールドライブのハイブリッド車両を例示する。
ハイブリッド車両100のパワートレインは、内燃エンジン1と、オートマチックトランスミッション(自動変速機)3と、モータージェネレーター5と、を含む。ハイブリッド車両100のパワートレインは、コントローラ7によって制御される。コントローラ7は、ハイブリッド車両100を制御する制御装置である。
オートマチックトランスミッション3は、通常の後輪駆動車と同様に、内燃エンジン1の車両前後方向後方にタンデムに配置される。
モータージェネレーター5は、内燃エンジン1及びオートマチックトランスミッション3の間に配置される。モータージェネレーター5は、内燃エンジン1(クランクシャフト1a)からの回転をオートマチックトランスミッション3の入力軸3aへ伝達する軸4に結合される。モータージェネレーター5は、ハイブリッド車両100の運転状態に応じてモーターとして作用するとともにジェネレーター(発電機)としても作用する。
内燃エンジン1及びモータージェネレーター5の間、より詳しくは、エンジンクランクシャフト1aと軸4との間には、第1クラッチCL1が介挿される。
第1クラッチCL1は、伝達トルク容量を連続的又は段階的に変更可能である。このようなクラッチとしては、たとえば、比例ソレノイドでクラッチ作動油流量及びクラッチ作動油圧を連続的に制御して伝達トルク容量を変更可能な湿式多板クラッチがある。たとえば、伝達トルク容量がゼロになった状態が、第1クラッチCL1が完全に切り離された状態であり、内燃エンジン1及びモータージェネレーター5の間が完全に切り離された状態である。
第1クラッチCL1が完全に切り離されると、内燃エンジン1の出力トルクは駆動輪2に伝わらず、モータージェネレーター5の出力トルクだけが駆動輪2に伝わる。この状態で走行するモードが電気走行モード(EVモード)である。
一方、第1クラッチCL1が接続されると、内燃エンジン1の出力トルクも、モータージェネレーター5の出力トルクとともに、駆動輪2に伝わる。この状態でハイブリッド車両100が走行するモードがハイブリッド走行モード(HEVモード)である。このように第1クラッチCL1の断続によって走行モードが切り替えられる。
モータージェネレーター5及びディファレンシャルギヤ装置6の間、より詳しくは、軸4とトランスミッション入力軸3aとの間には、第2クラッチCL2が介挿される。なお第2クラッチCL2をオートマチックトランスミッション3の内部に配置してもよい。または、オートマチックトランスミッション3の内部に既存する前進シフト段選択用の摩擦要素又は後退シフト段選択用の摩擦要素を流用することにより実現してもよい。
第2クラッチCL2は、第1クラッチCL1と同様に、伝達トルク容量を連続的又は段階的に変更可能である。このようなクラッチとしては、たとえば、比例ソレノイドでクラッチ作動油流量及びクラッチ作動油圧を連続的に制御して伝達トルク容量を変更可能な湿式多板クラッチがある。たとえば、伝達トルク容量がゼロになった状態が、第2クラッチCL2が完全に切り離された状態であり、モータージェネレーター5及びディファレンシャルギヤ装置6の間が完全に切り離された状態である。エンジンを始動するときには、第2クラッチCL2の伝達トルク容量を小さくしてスリップ制御する。すると内燃エンジン1を始動するときのショックが駆動輪2に伝わりにくくなる。
オートマチックトランスミッション3は、入力軸3aとともに回転するオイルポンプを内蔵しており、このオイルポンプのオイル圧によって複数の摩擦要素(クラッチやブレーキ等)を選択的に締結したり解放したりする。これらの摩擦要素の締結・解放の組み合わせによって伝動系路(シフト段)が決定される。
したがってオートマチックトランスミッション3は、入力軸3aからの回転を選択シフト段に応じたギヤ比で変速して出力軸3bに出力する。この出力回転は、ディファレンシャルギヤ装置6によって左右の駆動輪2へ分配して伝達され、ハイブリッド車両100の走行に供される。ただしオートマチックトランスミッション3は、上記したような有段式のものに限られず、無段変速機であってもよい。
上述した図1のハイブリッド車両100は、コントローラ7によって、停車状態からの発進などを含む低負荷・低車速で走行するときは、主として電気走行モード(EVモード)で走行する。
電気走行モード(EVモード)では、内燃エンジン1からの動力が不要であるので、内燃エンジン1が停止される。そして、第1クラッチCL1が解放される。また第2クラッチCL2が締結される。さらにオートマチックトランスミッション3が動力伝達状態に切り替えられる。このような状態でモータージェネレーター5が駆動される。
モータージェネレーター5が駆動すると、モータージェネレーター5からの出力回転のみがトランスミッション入力軸3aに達する。そしてオートマチックトランスミッション3は、入力軸3aから入力した回転を選択中のシフト段に応じ変速して、トランスミッション出力軸3bから出力する。トランスミッション出力軸3bから出力された回転は、その後、ディファレンシャルギヤ装置6を経て駆動輪2に至る。
このようにしてハイブリッド車両100は、モータージェネレーター5のみによって電気走行(EVモード走行)する。
また、ハイブリッド車両100は、コントローラ7によって、高負荷・高車速で走行するときは、主としてハイブリッド走行モード(HEVモード)で走行する。
ハイブリッド走行モード(HEVモード)では、内燃エンジン1が始動し、第1クラッチCL1及び第2クラッチCL2がともに締結され、オートマチックトランスミッション3が動力伝達状態に切り替えられる。このような状態では、内燃エンジン1からの出力回転及びモータージェネレーター5からの出力回転がトランスミッション入力軸3aに達する。そしてオートマチックトランスミッション3は、入力軸3aから入力した回転を選択中のシフト段に応じ変速して、トランスミッション出力軸3bから出力する。トランスミッション出力軸3bから出力された回転は、その後、ディファレンシャルギヤ装置6を経て駆動輪2に至る。
このようにしてハイブリッド車両100は、内燃エンジン1及びモータージェネレーター5によってハイブリッド走行(HEVモード走行)する。
またHEVモード走行中に、内燃エンジン1を最適燃費で運転させるとエネルギーが余剰となる場合がある。このような場合には、余剰エネルギーによってモータージェネレーター5を作動させて余剰エネルギーを電力に変換し、この電力をモータージェネレーター5のモーター駆動に用いるよう蓄電する。このようにすることで、内燃エンジン1の燃費が向上する。
EVモードからHEVモードに移行するときは、内燃エンジン1を始動する必要がある。そこで、コントローラ7は、第1クラッチCL1を締結してモータージェネレーター5の回転トルクを内燃エンジン1に伝達して、モータージェネレーター5でクランキングする。
しかしながら、このようにしては、モータージェネレーター5によるクランキングトルクを確保したうえで、余剰のトルクで走行しなければならず、モータージェネレーター5が本来出力可能なトルクよりも小さなトルクでしか走行できない。したがって、EVモードの走行域が狭められてしまい、EV走行による燃費向上効果が低下してしまう。
そこで本実施形態では、膨張行程の気筒に燃料を供給しこの燃料に点火して発生した燃焼圧力で内燃エンジン1をクランキングできる場合には、このクランキングを優先する。これに加えて、モータージェネレーター5の回転トルクを内燃エンジン1に伝達して、モータージェネレーター5でクランキングをアシストするようにした。このようにすれば、モータージェネレーター5によるクランキングトルクを小さくできるので、EVモードの走行域を広げることができ、EV走行による燃費向上効果が大きくなる。
特に本実施形態では、ハイブリッド車両100は、HEVモードでの走行中に、車両に要求される駆動トルクが低下した場合において、内燃エンジンを停止しても再始動可能な状態になったら、内燃エンジン1を停止してEVモードで走行する。上述のように、膨張行程気筒の燃焼圧力でクランキングして、モータージェネレーター5でクランキングをアシストするようにすれば、早めにHEVモードからEVモードに移行でき、燃費が向上する。また、車両に要求される駆動トルクが上昇した場合には、走行性能を犠牲にすることなく内燃エンジンを再始動できるのである。具体的な内容は、以下で説明される。
図2は、本実施形態における走行モード制御に含まれるEV駆動トルク設定ロジックの一例を示すブロック図である。
コントローラ7で実行される走行モード制御の制御ロジックは、制御ブロックB100を含む。制御ブロックB100は、モータージェネレーター5を制御するための制御ブロックGMに対し駆動トルクを出力する。制御ブロックB100は、膨張行程燃焼実行可否判定フラグ出力ブロックB101と、切替ブロックB102と、膨張行程燃焼不可時EV駆動トルク出力ブロックB103と、膨張行程燃焼可能時EV駆動トルク出力ブロックB104と、を含む。
膨張行程燃焼実行可否判定フラグ出力ブロックB101は、内燃エンジン1の筒内での膨張行程において燃焼を実行できるか否か、すなわち、膨張行程の気筒に燃料を供給しこの燃料に点火して発生した燃焼圧力で内燃エンジン1をクランキングできるか否かを判定する。なお、以下では、膨張行程燃焼実行可否判定フラグ出力ブロックB101は、単に「ブロックB101」という。
たとえば、エンジン冷却水温が低く、暖機が完了していなければ、ブロックB101は、膨張行程燃焼を実行できないと判定する。また何らかの理由によって、エンジン冷却水温が異状上昇する場合がある。このような場合にも、ブロックB101は、膨張行程燃焼を実行できないと判定する。
その他に、気圧が低ければ空気密度が下がるので、燃焼圧力が十分に得られないおそれがある。そこで、気圧が基準気圧よりも低ければ、ブロックB101は、膨張行程燃焼を実行できないと判定する。また寒地などでは外気温が極めて低くなることがある。このような場合には内燃エンジン1の筒内に噴射された燃料が十分に気化できないおそれがある。このような場合にも、ブロックB101は、膨張行程燃焼を実行できないと判定する。
このように、ブロックB101は、エンジン冷却水温、気圧、外気温の少なくともいずれかひとつのパラメータに基づいて、膨張行程燃焼を実行できるか否かを判定する。このようにすることで、正確に判定できる。
なお、ブロックB101は、エンジン冷却水温、気圧、外気温の条件を適宜組み合わせて判定してもよい。このようにすれば、さらに判定精度を上げることができる。そして、ブロックB101は、判定結果のフラグを出力する。具体的には、ブロックB101は、膨張行程燃焼不可であればゼロ(0)を出力し、膨張行程燃焼可能であればイチ(1)を出力する。
切替ブロックB102には、出力を切り替えるためのスレッシュホールドT/H(threshold)が設定される。本実施形態ではスレッシュホールドT/Hは、0.5に設定されている。切替ブロックB102は、ブロックB101からの入力がゼロであれば、膨張行程燃焼不可時EV駆動トルクを出力する。一方、切替ブロックB102は、ブロックB101からの入力がイチであれば、膨張行程燃焼可能時EV駆動トルクを出力する。
膨張行程燃焼不可時EV駆動トルク出力ブロックB103は、膨張行程燃焼不可時のEV駆動トルクを出力する。このEV駆動トルクは、モータージェネレーター5の総トルクから、膨張行程燃焼不可時に内燃エンジンを始動するために要求されるトルク(クランキングトルク)を引いたものである。なお、以下では、膨張行程燃焼不可時EV駆動トルク出力ブロックB103は、単に「ブロックB103」という。
具体的には、ブロックB103は、膨張行程燃焼不可時の走行マップに基づいてEV駆動トルクを出力する。ここで膨張行程燃焼不可時EV駆動トルクの算出方法について、図5を参照して説明する。
図5は、車速とモーター駆動トルクとの相間を示す特性図である。図5では、ラインAが、膨張行程燃焼不可であってモータージェネレーター5の出力のみでクランキングするときのモーター駆動トルク(走行トルク)を示す特性ラインである。
膨張行程燃焼不可時には、モータージェネレーター5によるクランキングトルクを確保したうえで、余剰のトルクを利用して走行しなければならない。そのため、ラインAとRoadLoadラインとの交点である車速V1(km/h)までは、モータージェネレーター5の出力トルクを用いてEV走行できる。したがってブロックB103は、車速V1(km/h)までは、走行マップに設定されたラインAを参照し、車速に基づいてモーター駆動トルク(走行トルク)を求める。車速は、たとえば、コントローラ7に設けられた車速センサによって検出される。
膨張行程燃焼可能時EV駆動トルク出力ブロックB104は、膨張行程燃焼可能時のEV駆動トルクを出力する。このEV駆動トルクは、モータージェネレーター5の総トルクから、膨張行程燃焼可能時に内燃エンジンを始動するために要求されるトルク(アシストトルク)を引いたものである。なお、以下では、膨張行程燃焼可能時EV駆動トルク出力ブロックB104は、単に「ブロックB104」という。
具体的には、ブロックB104は、膨張行程燃焼可能時の走行マップに基づいてEV駆動トルクを出力する。膨張行程燃焼可能時EV駆動トルクの算出方法についても図5を参照して説明する。
図5では、ラインBが膨張行程燃焼可能であって、膨張行程燃焼時に発生した燃焼圧力で内燃エンジン1をクランキングしつつ、さらにモータージェネレーター5でクランキングをアシストするときのモーター駆動トルク(走行トルク)を示す特性ラインである。
膨張行程燃焼可能時には、モータージェネレーター5による大きなクランキングトルクを確保する必要がないので、その分、走行に用いることができるトルクが大きくなる。そのため、ラインBとRoadLoadラインとの交点である車速V2(km/h)までは、モータージェネレーター5の出力トルクでEV走行できる。したがってブロックB104は、車速V2(km/h)までは、走行マップに設定されたラインBを参照し、車速に基づいてモーター駆動トルク(走行トルク)を求める。
図3は、本実施形態のEV駆動トルク設定ロジックを示すフローチャートである。なお、図3は、図2のブロック図の内容をフローチャートで示したものである。
ステップS101においてコントローラ7は、膨張行程燃焼を実行できるか否か、すなわち、膨張行程の気筒に燃料を供給しこの燃料に点火して発生した燃焼圧力で内燃エンジン1をクランキングできるか否かを判定する。具体的な内容は、膨張行程燃焼実行可否判定フラグ出力ブロックB101と同じである。
ステップS102においてコントローラ7は、膨張行程燃焼を実行できなければステップS103へ処理を移行し、膨張行程燃焼を実行できればステップS104へ処理を移行する。
ステップS103においてコントローラ7は、膨張行程燃焼不可時のEV駆動トルクを求める。具体的な内容は、膨張行程燃焼不可時EV駆動トルク出力ブロックB103と同じである。
ステップS104においてコントローラ7は、膨張行程燃焼可能時のEV駆動トルクを求める。具体的な内容は、膨張行程燃焼可能時EV駆動トルク出力ブロックB104と同じである。
図4は、本実施形態の走行モード設定ロジックを示すフローチャートである。
ステップS201においてコントローラ7は、ハイブリッド車両100に要求される駆動トルクがEVモード領域内であるか否かを判定する。コントローラ7は、判定結果が肯であればステップS202へ処理を移行し、判定結果が否であればステップS203へ処理を移行する。
ステップS202においてコントローラ7は、走行モードとしてEVモードを設定する。
ステップS203においてコントローラ7は、走行モードとしてHEVモードを設定する。
本実施形態によれば、コントローラ7は、膨張行程の気筒に燃料を供給しこの燃料に点火して発生した燃焼圧力で内燃エンジン1をクランキングできる場合には、このクランキングを優先する。そしてコントローラ7は、さらにモータージェネレーター5の回転トルクを内燃エンジン1に伝達して、モータージェネレーター5でクランキングをアシストするようにした。このようにすれば、モータージェネレーター5によるクランキングトルクを小さくでき、その分、EVモードの走行域を広げることができ、EV走行による燃費向上効果が大きくなる。
特に本実施形態では、コントローラ7は、HEVモードでの走行中に、ハイブリッド車両100に要求される駆動トルクが低下した場合に、内燃エンジン1を停止しても再始動可能な状態になったら、内燃エンジン1を停止してEVモードでハイブリッド車両100を走行させる。このため、本実施形態のように、膨張行程気筒の燃焼圧力でクランキングして、モータージェネレーター5でクランキングをアシストするようにすれば、早めにHEVモードからEVモードに移行でき、燃費が向上する。
また、ハイブリッド車両100に要求される駆動トルクが上昇した場合には、走行性能を犠牲にすることなく内燃エンジン1を再始動できるのである。すなわち、仮に、内燃エンジンを停止しても再始動可能な状態になる前に内燃エンジン1を停止してもEVモードで走行できる。
一方、車両に要求される駆動トルクが上昇したときには、内燃エンジンを始動するために、モータージェネレーター5の走行駆動トルクを低下させて、クランキングトルクを上げる必要がある。このようにしては、ドライバーに違和感を与えてしまう。これに対して本実施形態によれば、HEVモードでの走行中に、車両に要求される駆動トルクが低下した場合に、内燃エンジン1を停止しても再始動可能な状態になったら、内燃エンジン1を停止してEVモードで走行するので、走行性能を犠牲にすることがなく、ドライバーに違和感を与えることを防止できるのである。
このように本実施形態によれば、コントローラ7は、膨張行程の気筒に燃料を供給しこの燃料に点火して発生した燃焼圧力で内燃エンジン1をクランキングできるか否かを判定し、この判定結果に応じてEVモードの走行領域を設定する。これにより、EVモードの走行域を広げることができ、EV走行による燃費向上効果を大きくすることができる。
以上、本発明の実施形態について説明したが、上記実施形態は本発明の適用例の一部を示したに過ぎず、本発明の技術的範囲を上記実施形態の具体的構成に限定する趣旨ではない。
たとえば、図1に示されたハイブリッド車両は一例に過ぎず、他のタイプのハイブリッド車両であってもよい。
本願は、2013年6月25日に日本国特許庁に出願された特願2013−132864に基づく優先権を主張し、この出願の全ての内容は参照により本明細書に組み込まれる。
Claims (4)
- EVモードでは電動機を駆動源として走行し、HEVモードでは少なくとも前記電動機の出力を利用して内燃エンジンをクランキングして始動し前記内燃エンジン及び前記電動機を駆動源として走行するハイブリッド車両を制御する装置であって、
膨張行程の気筒に燃料を供給しこの燃料に点火して発生した燃焼圧力で内燃エンジンをクランキングできるか否かをHEVモードで走行中に判定する膨張行程燃焼可否判定部と、
前記膨張行程燃焼可否判定部により内燃エンジンによるクランキングが可能であると判定されると、膨張行程燃焼可能時のEV駆動トルクに基づくEVモードの走行領域を設定し、内燃エンジンによるクランキングが可能ではないと判定されると、膨張行程燃焼不可能時のEV駆動トルクに基づくEVモードの走行領域を設定するEV領域設定部と、
前記ハイブリッド車両に要求される駆動トルクがEVモードの走行領域内であればEVモードで走行し、EVモードの走行領域外にあればHEVモードで走行する走行モード設定部と、
を含み、
前記走行モード設定部は、HEVモードで走行中に、車両に要求される駆動トルクがEVモードの走行領域内であって、内燃エンジンを停止しても再始動可能な状態である場合に、走行モードをEVモードに切り替える、
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、
前記膨張行程燃焼可否判定部は、外気温に基づいて前記燃焼圧力で内燃エンジンをクランキングできるか否かを判定する、
ハイブリッド車両の制御装置。 - 請求項1又は2に記載のハイブリッド車両の制御装置であって、
前記EV領域設定部は、前記膨張行程燃焼不可能時のEV駆動トルクが走行抵抗を下回る第1車速以下の領域を前記膨張行程燃焼不可能時のEVモードの走行領域として設定し、前記膨張行程燃焼可能時のEV駆動トルクが走行抵抗を下回る第2車速以下の領域を前記膨張行程燃焼可能時のEVモードの走行領域として設定する、
ハイブリッド車両の制御装置。 - EVモードでは電動機を駆動源として走行し、HEVモードでは少なくとも前記電動機の出力を利用して内燃エンジンをクランキングして始動し前記内燃エンジン及び前記電動機を駆動源として走行するハイブリッド車両を制御する方法であって、
膨張行程の気筒に燃料を供給しこの燃料に点火して発生した燃焼圧力で内燃エンジンをクランキングできるか否かをHEVモードで走行中に判定する膨張行程燃焼可否判定手順と、
前記膨張行程燃焼可否判定手順により内燃エンジンによるクランキングが可能であると判定されると、膨張行程燃焼可能時のEV駆動トルクに基づくEVモードの走行領域を設定し、内燃エンジンによるクランキングが可能ではないと判定されると、膨張行程燃焼不可能時のEV駆動トルクに基づくEVモードの走行領域を設定するEV領域設定手順と、
車両に要求される駆動トルクがEVモードの走行領域内であればEVモードで走行し、EVモードの走行領域外にあればHEVモードで走行する走行モード設定手順と、
を含み、
前記走行モード設定手順では、HEVモードで走行中に、車両に要求される駆動トルクがEVモードの走行領域内であって、内燃エンジンを停止しても再始動可能な状態である場合に、走行モードをEVモードに切り替える、ハイブリッド車両の制御方法。
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