JP6725879B2

JP6725879B2 - ハイブリッド車の作動制御装置

Info

Publication number: JP6725879B2
Application number: JP2016180586A
Authority: JP
Inventors: 孝弘小熊; 重利平野; 忠義平尾
Original assignee: Mitsubishi Motors Corp
Current assignee: Mitsubishi Motors Corp
Priority date: 2016-09-15
Filing date: 2016-09-15
Publication date: 2020-07-22
Anticipated expiration: 2036-09-15
Also published as: JP2018043678A; US10661782B2; US20180072307A1; CN107826099A; EP3296134A1; CN107826099B; EP3296134B1

Description

本発明は、ハイブリッド車における発電機及び内燃機関の作動制御技術に関する。

近年開発されているハイブリッド車において、エンジン（内燃機関）と、内燃機関により駆動されて発電する発電機と、発電機から電力を供給されて充電可能な駆動用バッテリと、駆動用バッテリまたは発電機から電力を供給されて走行駆動輪を駆動する駆動用モータと、を備えた車両が知られている。
上記のようなハイブリッド車においては、発電機により発電された電力は、駆動用バッテリや駆動用モータに供給される。また、車両減速時においては、駆動用モータによって回生発電が行われ、発電された電力が駆動用バッテリに供給されて充電可能となっている。

更に、特許文献１に記載されているように、ＥＶモード、シリーズモード及びパラレルモードが切換可能なハイブリッド車が開発されている。パラレルモードでは、内燃機関による駆動とモータによる駆動が行なわれるので、例えば高出力が必要とされる高速走行時に使用される。

特開２０１４−１２１９６３号公報

上記特許文献１のようにパラレルモードが可能な車両において、パラレルモードによる走行の際に内燃機関の出力トルクが適宜設定された発電上限トルクを超えた場合に、内燃機関による走行輪の駆動をしたまま発電機の発電を停止するように制御する車両がある。このように発電を停止することで内燃機関の負荷を抑え燃料消費を抑制することができる。

しかしながら、パラレルモードで高負荷走行を行い、内燃機関の出力トルクが発電上限トルクを超えて発電機による発電が停止してしまうと、駆動用モータによる電力消費によって駆動用バッテリの充電率が低下してしまう。そして、高速走行が長時間継続した場合に、駆動用バッテリの充電率が大幅に低下してしまうといった問題点がある。
本発明は、上述した課題を解決すべくなされたものであり、その目的とするところは、パラレルモードにおける走行の際に、駆動用バッテリの充電率の低下を抑制できるハイブリッド車の作動制御装置を提供することにある。

上記の目的を達成するべく、請求項１のハイブリッド車の作動制御装置は、車両に搭載され当該車両の走行駆動輪を駆動する内燃機関と、当該内燃機関により駆動されて発電する発電機と、前記発電機から電力を供給されて充電可能な駆動用バッテリと、前記発電機または前記駆動用バッテリから電力を供給されて前記車両の走行駆動輪を駆動する電気モータと、を備え、前記内燃機関及び前記電気モータにより夫々前記車両の走行駆動輪を駆動するパラレルモードと、前記車両が減速走行した際に前記内燃機関への燃料供給を停止する燃料停止制御と前記電気モータによる回生制動とが可能なハイブリッド車の作動制御装置であって、前記駆動用バッテリの充電率を検出する充電率検出部と、前記充電率が第１の所定値以下である場合に前記パラレルモードによる車両走行中に前記減速走行した際に、前記燃料供給を継続して前記内燃機関を駆動させるとともに前記回生制動により前記車両を制動する第１の充電促進制御を実行する充電促進制御部と、前記内燃機関の目標出力トルクを演算する目標出力トルク演算部と、前記目標出力トルクが所定の閾値以上である場合に前記発電機による発電を規制する発電規制部と、を備え、前記充電促進制御部は、前記パラレルモードによる車両走行をしている際に、前記充電率が前記第１の所定値より高い第２の所定値以下である場合には、前記所定の閾値を増加させる第２の充電促進制御を実行することを特徴とする。

また、好ましくは、前記充電促進制御部は、前記第１の充電促進制御において、前記内燃機関の出力トルクが当該内燃機関のフリクショントルクを相殺して０になるように前記内燃機関を駆動させるとよい。
また、好ましくは、前記内燃機関と前記走行駆動輪との間に動力伝達路を断接するクラッチを備え、前記充電促進制御部は、前記第１の充電促進制御を実行する際に、前記クラッチを接続状態に維持するとよい。

また、好ましくは、充電促進制御部は、前記パラレルモードによる車両走行をしている際に、前記充電率が前記第１の所定値以下である場合には、前記燃料停止制御における前記燃料供給の停止を規制するとよい。

本発明のハイブリッド車の作動制御装置によれば、充電促進制御部による第１の充電促進制御によって、減速走行時において、駆動用バッテリの充電率が第１の所定値以下の場合には、燃料供給を継続して内燃機関の駆動を継続しつつ回生制動を行なうので、回生制動の機会を増加させることができる。
これにより、パラレルモードで高速走行が長時間継続している間に、例えば先行車両の減速や下り坂等により減速走行した際に、駆動用バッテリの充電を促進させることができ、パラレルモードで走行した際の駆動用バッテリの充電率低下を抑制することができる。
また、内燃機関の目標出力トルクが所定の閾値以上である場合に発電機による発電を規制する発電規制部を備え、充電促進制御部による第２の充電促進制御によって、パラレルモードによる車両走行時に、駆動用バッテリの充電率が第１の所定値より高い第２の所定値以下である場合には、所定の閾値を増加させるので、パラレルモードにおける発電機会を増加させて、駆動用バッテリの充電率の低下を抑制することができる。

本発明の一実施形態に係るプラグインハイブリッド車の概略構成図である。電力消費抑制機能を説明するための各種判定及びパラメータの推移の一例を示すタイムチャートである。

以下、本発明のハイブリッド車の作動制御装置の実施形態について図面を参照しながら説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係るプラグインハイブリッド車（以下、車両１という）の概略構成図である。
本実施形態の車両１は、エンジン２（内燃機関）の出力によって前輪３（走行駆動輪）を駆動して走行可能であるとともに、前輪３を駆動する電動のフロントモータ４（電気モータ）及び後輪５（走行駆動輪）を駆動する電動のリヤモータ６（電気モータ）を備えた４輪駆動車である。

エンジン２は、減速機７を介して前輪３の駆動軸８を駆動可能であるとともに、発電機９を駆動して発電させることが可能となっている。
フロントモータ４は、フロントインバータ１０を介して、車両１に搭載された駆動用バッテリ１１及び発電機９から高電圧の電力を供給されて駆動し、減速機７を介して前輪３の駆動軸８を駆動する。減速機７には、エンジン２の出力軸と前輪３の駆動軸８との間の動力伝達路を断接切換え可能なクラッチ７ａが内蔵されている。

リヤモータ６は、リヤインバータ１２を介して駆動用バッテリ１１及び発電機９から高電圧の電力を供給されて駆動し、減速機１３を介して後輪５の駆動軸１４を駆動する。
発電機９によって発電された電力は、フロントインバータ１０を介して駆動用バッテリ１１を充電可能であるとともに、フロントモータ４及びリヤモータ６に電力を供給可能である。

駆動用バッテリ１１は、リチウムイオン電池等の二次電池で構成され、複数の電池セルをまとめて構成された図示しない電池モジュールを有しており、更に、電池モジュールの充電率（State Of Charge、以下、ＳＯＣ）や温度等を監視するバッテリモニタリングユニット１１ａ（充電率検出部）を備えている。
フロントインバータ１０は、フロントモータコントロールユニット１０ａとジェネレータコントロールユニット１０ｂ（充電促進制御部、発電規制部）を有している。フロントモータコントロールユニット１０ａは、ハイブリッドコントロールユニット２０（充電促進制御部、目標出力トルク演算部、発電規制部）からの制御信号に基づきフロントモータ４の出力を制御する。ジェネレータコントロールユニット１０ｂは、ハイブリッドコントロールユニット２０からの制御信号に基づき発電機９の出力（発電電力）を制御する機能を有する。

リヤインバータ１２は、リヤモータコントロールユニット１２ａを有している。リヤモータコントロールユニット１２ａは、ハイブリッドコントロールユニット２０からの制御信号に基づきリヤモータ６の出力を制御する機能を有する。
また、車両１には、駆動用バッテリ１１を外部電源によって充電する充電機２１が備えられている。

ハイブリッドコントロールユニット２０は、車両１の総合的な制御を行うための制御装置であり、入出力装置、記憶装置（ＲＯＭ、ＲＡＭ、不揮発性ＲＡＭ等）、中央演算処理装置（ＣＰＵ）及びタイマ等を含んで構成される。
ハイブリッドコントロールユニット２０の入力側には、駆動用バッテリ１１のバッテリモニタリングユニット１１ａ、フロントインバータ１０のフロントモータコントロールユニット１０ａとジェネレータコントロールユニット１０ｂ、リヤインバータ１２のリヤモータコントロールユニット１２ａ、エンジン２の駆動制御を行うエンジンコントロールユニット２２、及びアクセル操作量を検出するアクセル開度センサ４０が接続されており、これらの機器からの検出及び作動情報が入力される。

一方、ハイブリッドコントロールユニット２０の出力側には、フロントインバータ１０のフロントモータコントロールユニット１０ａとジェネレータコントロールユニット１０ｂ、リヤインバータ１２のリヤモータコントロールユニット１２ａ、減速機７（クラッチ７ａ）、エンジンコントロールユニット２２が接続されている。
そして、ハイブリッドコントロールユニット２０は、アクセル開度センサ４０等の上記各種検出量及び各種作動情報に基づいて、車両の走行駆動に必要とする車両要求出力を演算し、エンジンコントロールユニット２２、フロントモータコントロールユニット１０ａ、ジェネレータコントロールユニット１０ｂ及びリヤモータコントロールユニット１２ａ、減速機７に制御信号を送信して、走行モード（（ＥＶモード、電気自動車モード）、シリーズモード、パラレルモード）の切換え、エンジン２とフロントモータ４とリヤモータ６の出力、発電機９の出力を制御する。

ＥＶモードでは、エンジン２を停止し、駆動用バッテリ１１から供給される電力によりフロントモータ４やリヤモータ６を駆動して走行させる。
シリーズモードでは、減速機７のクラッチ７ａを切断し、エンジン２により発電機９を作動する。そして、発電機９により発電された電力及び駆動用バッテリ１１から供給される電力によりフロントモータ４やリヤモータ６を駆動して走行させる。また、シリーズモードでは、エンジン２の回転速度を目標回転速度に設定し、余剰出力によって発電した電力を駆動用バッテリ１１に供給して駆動用バッテリ１１を充電する。

パラレルモードでは、減速機７のクラッチ７ａを接続し、エンジン２から減速機７を介して機械的に動力を伝達して前輪３を駆動させる。また、エンジン２により発電機９を作動させて発電した電力及び駆動用バッテリ１１から供給される電力によってフロントモータ４やリヤモータ６を駆動して走行させる。
ハイブリッドコントロールユニット２０は、高速領域のように、エンジン２の効率のよい領域では、走行モードをパラレルモードとする。また、パラレルモードを除く領域、即ち中低速領域では、駆動用バッテリ１１の充電率ＳＯＣに基づいてＥＶモードとシリーズモードとの間で切換える。

そして、ハイブリッドコントロールユニット２０は、アクセル操作量やエンジン回転速度等に基づいて、車両１の走行に必要な総要求出力を算出し、その総要求出力を、ＥＶモード及びシリーズモードではフロントモータ４側とリヤモータ６側とに配分し、パラレルモードではフロントモータ４側とエンジン２側とリヤモータ６側とに配分する。そして、それぞれに配分した要求出力、及びフロントモータ４から前輪３までの減速機７のギヤ比、エンジン２から前輪３までの減速機７のギヤ比、リヤモータ６から後輪５までの減速機１３のギヤ比に基づき、フロントモータ４、エンジン２、リヤモータ６のそれぞれの要求トルク(目標出力トルク)を設定し、各要求トルクを達成するようにフロントモータコントローラ１６、リヤモータコントロールユニット１２ａ及びエンジンコントロールユニット２２に指令信号を出力する。なお、ハイブリッドコントロールユニット２０におけるこれらの制御のうち、エンジン２の要求トルクを演算する機能が本発明の目標出力トルク演算部に該当する。

また、ハイブリッドコントロールユニット２０及びエンジンコントロールユニット２２は、車両１の駆動トルクが燃料カットトルクＴfc以下となると、燃料供給を停止する燃料カット機能（燃料停止制御）を有している。
また、本実施形態の車両は、減速走行時において前輪３及び後輪５の回転力によりフロントモータ４、リヤモータ６を強制駆動して発電（回生発電）させるとともに、前輪３及び後輪５に制動力を付与させる回生制動が可能となっている。

また、本実施形態のハイブリッドコントロールユニット２０は、パラレルモードでの減速時におけるエンジンの駆動制御、発電機９による発電制御、回生制動制御の制御によって、駆動用バッテリ１１の電力消費を抑制する電力消費抑制機能を有している。
図２は、電力消費抑制機能を説明するための各種判定及びパラメータの推移の一例を示すタイムチャートである。図２では、パラレルモードでの高速走行時における各種判定、アクセル操作量、駆動用バッテリ１１の充電率（ＳＯＣ）、車両１の駆動トルク、パラレル発電量（パラレルモードにおける発電機９の発電量）、エンジントルク、モータトルク（フロントモータ４及びリヤモータ６の合計出力トルク）の推移の一例を示している。

図２においては、パラレル走行（パラレルモードによる走行）中において、アクセルオン、オフした際での各種判定及び各種パラメータの推移の一例を実線で示す。また、比較例として、駆動用バッテリ１１の充電率ＳＯＣに拘わらず発電上限トルクを一定にするとともに、低充電率でのパラレル発電量の増加制御、及び低充電率でのエンジン作動継続かつ回生増加制御を実施しない場合での各種判定及び各種パラメータの推移の一例を破線で示す。なお、発電上限トルク（本発明の所定の閾値に該当する）は、パラレルモードにおいて発電機９による発電のオンオフを切換えるエンジントルクの閾値であり、エンジントルク（エンジン２の目標出力トルク）が発電上限トルク以上である場合に発電機による発電を規制する機能が本発明の発電規制部に該当する。

図２に示すように、パラレル走行中において駆動用バッテリ１１の充電率ＳＯＣがＳＯＣ低下判定値（ヒス下値）Ｓad（第２の所定値）より大きい状態では、パラレル発電量（発電機９による発電量）を０とする。これにより、エンジン２の負荷を減少させ、燃料消費が抑制される。したがって、各モータ３、６の駆動により駆動用バッテリ１１のＳＯＣは徐々に低下する（図２中の＜１＞まで）。

駆動用バッテリ１１のＳＯＣがＳＯＣ低下判定値（ヒス下値）Ｓad以下となりＳＯＣ低下判定がオンとなると、本実施形態では、発電上限トルクを通常設定値Ｔenから高設定値Ｔehに変更する。そして、駆動用バッテリ１１のＳＯＣがＳＯＣ低下判定値（ヒス下値）Ｓad以下であって、かつエンジントルクが発電上限トルク（ここでは高設定値Ｔeh）未満であれば、パラレル発電量を０から通常発電量設定値Ｇpnまで増加する。これにより、ＳＯＣは如々に増加する（図２中の＜１＞→＜２＞間の実線）。なお、通常発電量設定値Ｇpnは、発電上限トルクと駆動トルクとの差分に応じて設定値を可変としても良い。
従来（比較例）では、発電上限トルクが通常設定値Ｔenのまま変更しないので、エンジントルクが発電上限トルク（通常設定値Ｔen）以上であると、パラレル発電量が０のままに維持される。これにより従来では、ＳＯＣは引き続き如々に低下する（図２中の＜１＞→＜２＞間の破線）。

ここから、運転者が車両を加速するためにアクセルオンすると、駆動トルクが増加し、発電上限トルクＴeh以上となると、パラレル発電量が０となる。したがって、ＳＯＣが如々に低下することになる（図２中の＜２＞以降）。
駆動用バッテリ１１のＳＯＣが下限発電判定値（ヒス下値）Ｓbd（第１の所定値）以下となり、ＳＯＣ下限低下判定がオンになると、燃料カットを禁止する（図２中の＜３＞。

ここで、例えば運転者が減速要求をするためにアクセル操作量が低下して、駆動トルクが０より低い負の値になると、モータトルクを０より低い値に漸減させ、回生発電により制動力を得る。（図２中の＜４＞）。
したがって、回生発電によりＳＯＣは増加する（図中＜４＞以降の実線）。なお、比較例では、駆動トルクが負になっても、モータトルクを０のままとし回生発電をしないので、ＳＯＣは増加しない。

また、駆動トルクが燃料カットトルクＴfc以下に低下しても、上記のように駆動用バッテリ１１のＳＯＣが下限発電判定値（ヒス下値）Ｓbd以下であると燃料カットが禁止され、エンジン２のフリクショントルクを相殺して０にする程度のエンジントルクとしてエンジン運転を継続する（図２中の＜５＞以降の実線）。
これに対し、従来では、駆動トルクが燃料カットトルクＴfc以下に低下すると、燃料カット許可判定がオンとなり、燃料カットが行われる（図２中の＜５＞以降の破線）。

以上のように、本実施形態では、パラレル走行時において、駆動用バッテリ１１のＳＯＣが下限発電判定値Ｓbd以下となると、燃料カットが禁止される。駆動トルクが０以下となると、モータトルクを負にする回生発電を行なうので、上記のように燃料カットを規制しフリクショントルクを相殺する程度にエンジン運転を継続させることで、回生発電量を増加させる第１の充電促進制御を実行する。比較例では、図２中の＜５＞以降に示すように、駆動トルクが燃料カットトルクＴfc以下となったところで燃料カットが行なわれ、エンジンのフリクショントルクにより減速力を得るためモータによる回生発電が実施されず、駆動用バッテリ１１のＳＯＣが低下してしまう。しかし、本実施形態では、第１の充電促進制御を実行することにより、例えば図２中の＜５＞以降に示すように、エンジントルクが減速力を発生させず、モータによる回生発電量を増加させ、駆動用バッテリ１１のＳＯＣを上昇させることができる。

また、本実施形態では、パラレル走行時において、駆動用バッテリ１１のＳＯＣがＳＯＣ低下判定値以下となると、発電上限トルクを通常設定値Ｔenよりも高い高設定値Ｔehに設定する第２の充電促進制御が実行される。エンジントルクが発電上限トルク以上であるとエンジン２の負荷を低減させるために発電機９による発電を停止させるので、発電上限トルクが通常設定値Ｔenのままである比較例では、図中＜１＞→＜２＞での破線に示すように、駆動用バッテリ１１のＳＯＣが低下してしまう。しかしながら、本実施形態では、上記のように発電上限トルクを高設定値Ｔehに変更することで、発電停止を抑制し発電機９による発電機会を増加させ、例えば図中＜１＞→＜２＞での実線に示すように、駆動用バッテリ１１のＳＯＣの低下を抑制することができる。

以上のように、本実施形態では、パラレル走行時において、駆動用バッテリ１１のＳＯＣが低下した際に、第１の充電促進制御を実行することで、回生発電機会を増加させて、駆動用バッテリ１１のＳＯＣの低下を抑制するので、高速走行のように比較的高負荷での走行が長時間継続しても、当該高速走行の間で前方車両の速度低下等によりアクセルオフする毎に、駆動用バッテリ１１のＳＯＣの低下を抑制することができる。

また、パラレル走行時において、駆動用バッテリ１１のＳＯＣが低下した際に、第２の充電促進制御を実行することで、パラレル発電の機会を増加させて、駆動用バッテリ１１のＳＯＣの低下を抑制することができる。
これらのように、パラレル走行時において駆動用バッテリ１１のＳＯＣの低下が抑制されることから、高速走行が継続しても駆動用バッテリ１１のＳＯＣの低下が抑制されるので、当該高速走行後のＥＶモード走行が不能となることを抑制し、使用性の優れたハイブリッド車とすることができる。

また、駆動用バッテリ１１のＳＯＣが下限発電判定値Ｓbd以下であり、第１の充電促進制御を実行する際に、パラレルモードからクラッチ７ａを切断してシリーズモードに変更せずに、パラレルモードを維持しクラッチ７ａを接続状態のままとする。これにより、駆動用バッテリ１１のＳＯＣが下限発電判定値付近を変動した場合に、クラッチ７ａの断接を抑制することができ、走行中での駆動トルクの変動を抑制することができる。

また、下限発電判定値及びＳＯＣ低下判定値については、上記のようなヒス下値Ｓbd、Ｓadだけでなく、駆動用バッテリ１１のＳＯＣが上昇した場合に用いるヒス上値Ｓbu、Ｓauを有し、駆動用バッテリ１１のＳＯＣが上昇した場合と下降した場合とで異なる値で判定するとよい。これにより、ＳＯＣが各判定値付近で増減しても、充電促進制御のオンオフの頻繁な切換えが抑制され、走行中での駆動トルクへの影響を抑制することができる。

なお、本願発明は、上記実施形態に限定するものでない。
本発明は、パラレルモードが可能なハイブリッド車において広く適用することができる。

１車両
２エンジン
４フロントモータ（電気モータ）
６リヤモータ（電気モータ）
７ａクラッチ
９発電機
１１駆動用バッテリ
１０ｂジェネレータコントロールユニット（充電促進制御部、発電規制部）
１１ａバッテリモニタリングユニット（充電率検出部）
２０ハイブリッドコントロールユニット（充電促進制御部、目標出力トルク演算部、発電規制部）
２２エンジンコントロールユニット（充電促進制御部）

Claims

車両に搭載され当該車両の走行駆動輪を駆動する内燃機関と、当該内燃機関により駆動されて発電する発電機と、前記発電機から電力を供給されて充電可能な駆動用バッテリと、前記発電機または前記駆動用バッテリから電力を供給されて前記車両の走行駆動輪を駆動する電気モータと、を備え、前記内燃機関及び前記電気モータにより夫々前記車両の走行駆動輪を駆動するパラレルモードと、前記車両が減速走行した際に前記内燃機関への燃料供給を停止する燃料停止制御と前記電気モータによる回生制動とが可能なハイブリッド車の作動制御装置であって、
前記駆動用バッテリの充電率を検出する充電率検出部と、
前記充電率が第１の所定値以下である場合に前記パラレルモードによる車両走行中に前記減速走行した際に、前記燃料供給を継続して前記内燃機関を駆動させるとともに前記回生制動により前記車両を制動する第１の充電促進制御を実行する充電促進制御部と、
前記内燃機関の目標出力トルクを演算する目標出力トルク演算部と、
前記目標出力トルクが所定の閾値以上である場合に前記発電機による発電を規制する発電規制部と、を備え、
前記充電促進制御部は、前記パラレルモードによる車両走行をしている際に、前記充電率が前記第１の所定値より高い第２の所定値以下である場合には、前記所定の閾値を増加させる第２の充電促進制御を実行することを特徴とするハイブリッド車の作動制御装置。
前記充電促進制御部は、前記第１の充電促進制御において、前記内燃機関の出力トルクが当該内燃機関のフリクショントルクを相殺して０になるように前記内燃機関を駆動させることを特徴とする請求項１に記載のハイブリッド車の作動制御装置。
前記内燃機関と前記走行駆動輪との間に動力伝達路を断接するクラッチを備え、
前記充電促進制御部は、前記第１の充電促進制御を実行する際に、前記クラッチを接続状態に維持することを特徴とする請求項１または２に記載のハイブリッド車の作動制御装置。
充電促進制御部は、前記パラレルモードによる車両走行をしている際に、前記充電率が前記第１の所定値以下である場合には、前記燃料停止制御における前記燃料供給の停止を規制することを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載のハイブリッド車の作動制御装置。