JP6780566B2 - ハイブリッド自動車 - Google Patents

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Description

本発明は、ハイブリッド自動車に関する。
従来、この種のハイブリッド自動車としては、エンジンと、エンジンと駆動輪に連結された駆動軸とに取り付けられたトルクコンバータと、エンジンをクランキングする第1モータと、走行用の動力を入出力する第2モータと、を備えるものが提案されている(例えば、特許文献1参照)。このハイブリッド自動車では、エンジンを始動するときには、トルクコンバータの速度比が小さいときには第1モータによる制振制御の割合を大きくして第1モータと第2モータとより制振制御を行ない、トルクコンバータの速度比が大きいときには第2モータによる制振制御の割合を大きくして第1モータと第2モータとにより制振制御を行なう。こうした制振制御を行なうことにより、効率よく制振効果を得ている。
特開2013−193613号公報
しかしながら、上述のハイブリッド自動車では、トルクコンバータの速度比、即ち、車速とエンジンの回転数とに応じて第1モータによる制振制御の割合と第2モータによる制振制御の割合を変更するため、制振制御を変更する際に車両にショックが生じる場合がある。こうしたショックは、乗員の乗り心地を悪くする要因となる。
本発明のハイブリッド自動車は、エンジンの始動時に車両に生じ得るショックを抑制することを主目的とする。
本発明のハイブリッド自動車は、上述の主目的を達成するために以下の手段を採った。
本発明のハイブリッド自動車は、
エンジンと、
前記エンジンをクランキング可能な第1モータと、
走行用の動力を入出力する第2モータと、
前記第1モータおよび前記第2モータと電力のやりとりを行なう蓄電装置と、
前記エンジンと前記第1モータと前記第2モータとを制御する制御装置と、
を備えるハイブリッド自動車であって、
前記制御装置は、前記エンジンを始動するときには、前記エンジンの始動時の振動を抑制するために予め定めた車速に対応した複数の制振マップのうち前記エンジンのクランキングを開始するときの車速に基づいて制振マップを選択し、前記エンジンの始動が完了するまで前記選択した制振マップを用いて前記エンジンのクランキングを行なうように前記第1モータを制御する、
ことを要旨とする。
この本発明のハイブリッド自動車では、エンジンを始動するときには、エンジンの始動時の振動を抑制するために予め定めた車速に対応した複数の制振マップのうちエンジンのクランキングを開始するときの車速に基づいて制振マップを選択し、エンジンの始動が完了するまでは、選択した制振マップを用いてエンジンのクランキングを行なうように第1モータを制御する。即ち、エンジンの始動が完了するまでは、制振制御を変更しないのである。これにより、エンジンの始動時に制振制御を変更することにより生じ得るショックを抑止し、エンジンの始動時に車両に生じ得るショックを抑制することができる。
こうした本発明のハイブリッド自動車において、前記複数の制振マップは、車速が値0近傍の閾値未満の停車中制振マップと車速が前記閾値以上の走行中制振マップとであるものとしてもよい。これは、停車時は比較的小さなショックでも乗員に違和感を与えるが、走行中は走行による振動によって停車時ほどエンジン始動時に生じるショックに対して乗員に違和感を生じさせないことに基づく。
図1は、本発明の一実施例としてのハイブリッド自動車20の構成の概略を示す構成図である。 HVECU70により実行される制振マップ設定ルーチンの一例を示すフローチャートである。 クランキング状態と車速Vと制振マップとの関係の時間変化の一例を模式的に示す説明図である。 変形例のハイブリッド自動車120の構成の概略を示す構成図である。
次に、本発明を実施するための形態を実施例を用いて説明する。
図1は、本発明の一実施例としてのハイブリッド自動車20の構成の概略を示す構成図である。実施例のハイブリッド自動車20は、図示するように、エンジン22と、プラネタリギヤ30と、モータMG1,MG2と、インバータ41,42と、バッテリ50と、昇圧コンバータ56と、ハイブリッド用電子制御ユニット(以下、「HVECU」という)70と、を備える。
エンジン22は、ガソリンや軽油などを燃料として動力を出力する内燃機関として構成されている。このエンジン22は、エンジン用電子制御ユニット(以下、「エンジンECU」という)24によって運転制御されている。
エンジンECU24は、図示しないが、CPUを中心とするマイクロプロセッサとして構成されており、CPUの他に、処理プログラムを記憶するROMやデータを一時的に記憶するRAM,入出力ポート,通信ポートを備える。エンジンECU24には、エンジン22を運転制御するのに必要な各種センサからの信号、例えばエンジン22のクランクシャフト26の回転位置を検出するクランクポジションセンサ23からのクランク角θcrなどが入力ポートを介して入力されている。エンジンECU24からは、エンジン22を運転制御するための種々の制御信号が出力ポートを介して出力されている。エンジンECU24は、HVECU70と通信ポートを介して接続されている。なお、エンジンECU24は、クランクポジションセンサ23からのクランク角θcrに基づいてエンジン22の回転数Neを演算している。
プラネタリギヤ30は、シングルピニオン式の遊星歯車機構として構成されている。プラネタリギヤ30のサンギヤには、モータMG1の回転子が接続されている。プラネタリギヤ30のリングギヤには、駆動輪38に連結された駆動軸36が接続されている。プラネタリギヤ30のキャリヤには、図示しないダンパを介してエンジン22のクランクシャフト26が接続されている。
モータMG1は、例えば同期発電電動機として構成されており、上述したように、回転子がプラネタリギヤ30のサンギヤに接続されている。インバータ41は、昇圧コンバータ56を介してバッテリ50と接続されている。モータMG1は、第1モータ用電子制御ユニット(以下、「MG1ECU」という)40aによって、インバータ41の図示しない複数のスイッチング素子がスイッチング制御されることにより、回転駆動される。
モータMG2は、例えば同期発電電動機として構成されており、回転子がリダクションギヤ37を介して駆動軸36に接続されている。インバータ42は、昇圧コンバータ56を介してバッテリ50と接続されている。モータMG2は、第2モータ用電子制御ユニット(以下、「MG2ECU」という)40bによって、インバータ42の図示しない複数のスイッチング素子がスイッチング制御されることにより、回転駆動される。
昇圧コンバータ56は、図示しないが、2つのトランジスタと2つのダイオードとリアクトルとからなる周知のDC/DCコンバータとして構成されている。昇圧コンバータ56はMG1ECU40aによって、図示しない2つのトランジスタがスイッチング制御されることにより、バッテリ50側の電池電圧系電力ライン54bの電力を昇圧してインバータ41,42側の駆動電圧系電力ライン54aに供給したり、駆動電圧系電力ライン54aの電力を降圧して電池電圧系電力ライン54bに供給したりする。
MG1ECU40aは、図示しないが、CPUを中心とするマイクロプロセッサとして構成されており、CPUの他に、処理プログラムを記憶するROMやデータを一時的に記憶するRAM,入出力ポート,通信ポートを備える。MG1ECU40aには、モータMG1を駆動制御するのに必要な各種センサからの信号、例えばモータMG1の回転子の回転位置を検出する回転位置検出センサ43からの回転位置θm1や、図示しない電流センサからのインバータ41からモータMG1に印加する相電流Iu1,Iv1などが入力ポートを介して入力されている。また、駆動電圧系電力ライン54aに取り付けられた図示しない電圧計からの駆動電圧系電圧VHや、電池電圧系電力ライン54bに取り付けられた図示しない電圧計からの電池電圧系電圧VLも入力ポートを介して入力されている。MG1ECU40aからは、インバータ41の図示しない複数のスイッチング素子へのスイッチング制御信号や、昇圧コンバータ56へのスイッチング制御信号などが出力ポートを介して出力されている。MG1ECU40aは、HVECU70と通信ポートを介して接続されている。MG1ECU40aは、回転位置検出センサ43からのモータMG1の回転子の回転位置θm1に基づいてモータMG1の回転数Nm1を演算している。
MG2ECU40bは、図示しないが、CPUを中心とするマイクロプロセッサとして構成されており、CPUの他に、処理プログラムを記憶するROMやデータを一時的に記憶するRAM,入出力ポート,通信ポートを備える。MG2ECU40bには、モータMG2を駆動制御するのに必要な各種センサからの信号、例えばモータMG2の回転子の回転位置を検出する回転位置検出センサ44からの回転位置θm2や、図示しない電流センサからのインバータ42からモータMG1に印加する相電流Iu2,Iv2などが入力ポートを介して入力されている。また、駆動電圧系電力ライン54aに取り付けられた図示しない電圧計からの駆動電圧系電圧VHも入力ポートを介して入力されている。MG2ECU40bからは、インバータ42の図示しない複数のスイッチング素子へのスイッチング制御信号などが出力ポートを介して出力されている。MG2ECU40bは、HVECU70と通信ポートを介して接続されている。MG2ECU40bは、回転位置検出センサ44からのモータMG2の回転子の回転位置θm2に基づいてモータMG2の回転数Nm2を演算している。
実施例では、MG1ECU40aと、MG2ECU40bと、インバータ41,42と、昇圧コンバータ56とを単一の筐体に収納し、これらをパワーコントロールユニット(以下、「PCU」という)40と称している。
バッテリ50は、例えばリチウムイオン二次電池やニッケル水素二次電池として構成されている。このバッテリ50は、上述したように、昇圧コンバータ56を介してインバータ41,42と接続されている。バッテリ50は、バッテリ用電子制御ユニット(以下、「バッテリECU」という)52によって管理されている。
バッテリECU52は、図示しないが、CPUを中心とするマイクロプロセッサとして構成されており、CPUの他に、処理プログラムを記憶するROMやデータを一時的に記憶するRAM,入出力ポート,通信ポートを備える。バッテリECU52には、バッテリ50を管理するのに必要な各種センサからの信号、例えば、バッテリ50の端子間に設置された図示しない電圧センサからの電池電圧Vbや、バッテリ50の出力端子に取り付けられた図示しない電流センサからの電池電流Ibなどが入力ポートを介して入力されている。バッテリECU52は、HVECU70と通信ポートを介して接続されている。バッテリECU52は、図示しない電流センサからの電池電流Ibの積算値に基づいて蓄電割合SOCを演算している。蓄電割合SOCは、バッテリ50の全容量に対するバッテリ50から放電可能な電力の容量の割合である。
HVECU70は、図示しないが、CPUを中心とするマイクロプロセッサとして構成されており、CPUの他に、処理プログラムを記憶するROMやデータを一時的に記憶するRAM,フラッシュメモリ,入出力ポート,通信ポートを備える。HVECU70には、各種センサからの信号が入力ポートを介して入力されている。HVECU70に入力される信号としては、例えば、イグニッションスイッチ80からのイグニッション信号や、シフトポジションセンサ82からのシフトポジションSP、アクセルペダルポジションセンサ84からのアクセル開度Acc、ブレーキペダルポジションセンサ86からのブレーキペダルポジションBP、車速センサ88からの車速Vなども挙げることができる。HVECU70からは、各種制御信号が出力ポートを介して出力されている。HVECU70は、上述したように、エンジンECU24,MG1ECU40a,MG2ECU40b,バッテリECU52と通信ポートを介して接続されている。
こうして構成された実施例のハイブリッド自動車20では、CD(Charge Depleting)モードまたはCS(Charge Sustaining)モードでハイブリッド走行(HV走行)または電動走行(EV走行)を行なう。ここで、CDモードは、バッテリ50の蓄電割合SOCを低下させるモードであり、CSモードはバッテリ50の蓄電割合SOCを制御中心SOC*を中心とする範囲に維持するモードである。
次に、実施例のハイブリッド自動車20の動作、特にEV走行からHV走行に移行する際のエンジン始動時の動作について説明する。エンジン22の始動は、モータMG1からクランキングトルクを出力すると共に、クランキングに伴って駆動輪38側に出力されるトルクをモータMG2によりキャンセルすることによってクランキングし、エンジン22が所定回転数に至ったときに燃料噴射制御や点火制御を開始することにより行なわれる。この際、モータMG1からは、クランキングトルクに加えて、エンジン22の始動時の振動を抑制する制振トルクも出力される。即ち、モータMG1からはクランキングトルクと制振トルクの和のトルクが出力されるのである。制振トルクは、エンジン22の始動時の振動を打ち消すトルクとして予め実験などにより定められ、制振マップとして記憶しておく。実施例では、制振マップは、車両が停車している最中にエンジン22を始動するときに用いる停車中制振マップと、走行中にエンジン22を始動するときに用いる走行中制振マップとを備えている。このように停車中か走行中かによって制振マップを変更するのは、車両が停車しているときにエンジン22を始動するときには比較的小さな振動でも乗員に違和感を与えるが、走行中にエンジン22を始動するときにはある程度の振動までは乗員に違和感を与えないことに基づいている。図2は、HVECU70により実行される制振マップ設定ルーチンの一例を示すフローチャートである。このルーチンは、エンジン22の始動が完了するまで所定時間毎(例えば数十msec毎)に繰り返し実行される。
制振マップ設定ルーチンが実行されると、HVECU70は、まず、エンジン始動時であるか否かを判定し(ステップS100)、エンジン始動時ではないと判定したときには、エンジン始動時に用いられる制振マップの設定は不要と判断し、本ルーチンを終了する。
ステップS100でエンジン始動時であると判定したときには、エンジン始動開始時であるか否かを判定する(ステップS110)。この判定は、ステップS100でエンジン始動時であると判定されてから初めてステップS110の始動開始時であるか否かの判定が行なわれたか否かにより行なうことができる。エンジン始動開始時であると判定されたときには、車速センサ88からの車速Vを入力し(ステップS120)、入力した車速Vが閾値Vref未満であるか否かを判定する(ステップS130)。閾値Vrefは、車両が停車しているか極めて小さい車速で走行しているかのいずれかであるか否かを判定するためのものであり、例えば、3km/hや5km/h,7km/hなどを用いることができる。車速Vが閾値Vref未満であると判定したときには、エンジン始動時の制振マップとして停車中制振マップを設定して(ステップS140)、本ルーチンを終了する。一方、車速Vが閾値Vref以上であると判定したときには、エンジン始動時の制振マップとして走行中制振マップを設定して(ステップS150)、本ルーチンを終了する。
ステップS110でエンジン始動開始時ではないと判定されたとき、即ち、エンジン始動時ではあるが始動開始時ではないと判定されたときには、エンジン始動開始時であると判定されたときに設定された制振マップを保持し(ステップS160)、本ルーチンを終了する。即ち、エンジン始動開始時に停車中制振マップが制振マップとして設定されたときには、その後の車速Vに拘わらずに、エンジン22の始動が完了するまで停車中制振マップが制振マップとして用いられる。一方、エンジン始動開始時に走行中制振マップが制振マップとして設定されたときには、その後の車速Vに拘わらずに、エンジン22の始動が完了するまで走行中制振マップが制振マップとして用いられる。
図3は、クランキング状態と車速Vと制振マップとの関係の時間変化の一例を模式的に示す説明図である。図3では、上から順に、クランキング状態(ON・OFF)、クランキングトルク、車速V、停車中制振マップ(トルク変化)、走行中制振マップ(トルク変化)、実施例の制振マップの設定状態、比較例の制振マップの設定状態の時間変化を示している。なお、停車中制振マップおよび走行中制振マップについては、説明を容易にするために模式化して示している。また、比較例はエンジン始動中に車速Vに応じて制振マップを切り替えるものを示している。クランキングが開始された時間T1では車速Vは閾値Vref未満であるから、実施例でも比較例での制振マップは停車中制振マップが設定される。その後、車速Vが閾値Vref以上となる時間T2では、実施例では制振マップの変更は行なわれずに停車中制振マップが保持されるが、比較例では停車中制振マップから走行中制振マップに変更される。このため、比較例では、モータMG1から出力されるトルクがクランキングトルクに加えられる制振トルクが時間T2で停車中制振マップのトルクから走行中制振マップのトルクに変更されるため、そのトルク差によって車両にショックを生じさせる。一方、実施例では、エンジン始動開始時の時間T1に設定された停車中制振マップがエンジン22の始動を完了するまで制振マップとして用いられるから、制振マップが変更されることに起因するショックを車両に与えることはない。図3では、車両が停車しているときにエンジン始動を開始し、エンジン始動が完了する前に車速Vが閾値Vref以上に至る場合について示したが、車両が閾値Vref以上の車速で走行しているときにエンジン始動を開始し、エンジン始動が完了する前に車速Vが閾値未満に至る場合については、停車中制振マップと走行中制振マップとを入れ替えるだけで同様である。
以上説明した実施例のハイブリッド自動車20では、エンジン始動するときには、エンジン始動開始時の車速Vが閾値Vref未満のときには停車中制振マップを制振マップとして設定し、車速Vが閾値Vref以上のときには走行中制振マップを制振マップとして設定する。そして、エンジン22の始動が完了するまでは、車速Vに拘わらず、設定した制振マップを保持する。これにより、エンジン始動中に制振マップが変更されることに起因して車両にショックを与えるのを抑止することができる。この結果、エンジン22の始動時に車両に生じ得るショックを抑制することができる。
実施例のハイブリッド自動車20では、エンジン始動開始時の車速Vが閾値Vref未満のときには停車中制振マップを制振マップとして設定し、車速Vが閾値Vref以上のときには走行中制振マップを制振マップとして設定するものとした。しかし、走行中制振マップを複数準備しておき、車速Vが閾値Vref以上ときに、車速Vに応じて複数の走行中制振マップから対応する制振マップを設定するものとしてもよい。この場合、停車中制振マップは、車速Vが値0であるときにのみ設定されるものとしてもよい。
実施例のハイブリッド自動車20では、蓄電装置として、バッテリ50を用いるものとしたが、キャパシタなどの蓄電可能な装置であれば如何なる装置を用いるものとしてもよい。
実施例のハイブリッド自動車20では、エンジンECU24とMG1ECU40aとMG2ECU40bとバッテリECU52とHVECU70とを備えるものとした。しかし、エンジンECU24とMG1ECU40aとMG2ECU40bとバッテリECU52とHVECU70とを単一の電子制御ユニットとして構成するものとしてもよい。
実施例のハイブリッド自動車20では、駆動輪38に連結された駆動軸36にプラネタリギヤ30を介してエンジン22およびモータMG1を接続すると共に駆動軸36にモータMG2を接続する構成とした。しかし、例えば、エンジンと発電機とが接続されていると共にモータと駆動軸とが接続されているいわゆるシリーズハイブリッド自動車の構成としてもよい。また、図4の変形例のハイブリッド自動車120に示すように、駆動輪38に連結された駆動軸36に変速機130を介してモータMGを接続すると共にモータMGの回転軸にクラッチ129を介してエンジン22を接続する構成としてもよい。この図4のハイブリッド自動車120の場合、エンジン22のクランキングを図示しないスタータモータによって行なう場合には、スタータモータが実施例のモータMG1に相当し、エンジン22のクランキングをモータMGによって行なう場合には、モータMGが実施例のモータMG1とモータMG2とを兼ねる構成となる。
実施例の主要な要素と課題を解決するための手段の欄に記載した発明の主要な要素との対応関係について説明する。実施例では、エンジン22が「エンジン」に相当し、モータMG1が「第1モータ」に相当し、モータMG2が「第2モータ」に相当し、バッテリ50が「蓄電装置」に相当し、HVECU70とエンジンECU24とモータECU40とが「制御装置」に相当する。
なお、実施例の主要な要素と課題を解決するための手段の欄に記載した発明の主要な要素との対応関係は、実施例が課題を解決するための手段の欄に記載した発明を実施するための形態を具体的に説明するための一例であることから、課題を解決するための手段の欄に記載した発明の要素を限定するものではない。即ち、課題を解決するための手段の欄に記載した発明についての解釈はその欄の記載に基づいて行なわれるべきものであり、実施例は課題を解決するための手段の欄に記載した発明の具体的な一例に過ぎないものである。
以上、本発明を実施するための形態について実施例を用いて説明したが、本発明はこうした実施例に何等限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、種々なる形態で実施し得ることは勿論である。
本発明は、ハイブリッド自動車の製造産業などに利用可能である。
20,120 ハイブリッド自動車、22 エンジン、23 クランクポジションセンサ、24 エンジン用電子制御ユニット(エンジンECU)、26 クランクシャフト、30 プラネタリギヤ、36 駆動軸、37 リダクションギヤ、38 駆動輪、40 パワーコントロールユニット(PCU)、40a 第1モータ用電子制御ユニット(MG1ECU)、40b 第2モータ用電子制御ユニット(MG2ECU)、41,42 インバータ、43,44 回転位置検出センサ、50 バッテリ、52 バッテリ用電子制御ユニット(バッテリECU)、54a 駆動電圧系電力ライン、54b 電池電圧系電力ライン、56 昇圧コンバータ、70 ハイブリッド用電子制御ユニット(HVECU)、80 イグニッションスイッチ、82 シフトポジションセンサ、84 アクセルペダルポジションセンサ、86 ブレーキペダルポジションセンサ、88 車速センサ 129 クラッチ、130 変速機、MG,MG1,MG2 モータ。

Claims (2)

  1. エンジンと、
    前記エンジンをクランキング可能な第1モータと、
    走行用の動力を入出力する第2モータと、
    前記第1モータおよび前記第2モータと電力のやりとりを行なう蓄電装置と、
    前記エンジンと前記第1モータと前記第2モータとを制御する制御装置と、
    を備えるハイブリッド自動車であって、
    前記制御装置は、前記エンジンを始動するときには、前記エンジンの始動時の振動を抑制するために予め定めた車速に対応した複数の制振マップのうち前記エンジンのクランキングを開始するときの車速に基づいて制振マップを選択し、前記エンジンの始動が完了するまで前記選択した制振マップを用いて前記エンジンのクランキングを行なうように前記第1モータを制御する、
    ハイブリッド自動車。
  2. 請求項1記載のハイブリッド自動車であって、
    前記複数の制振マップは、車速が値0近傍の閾値未満の停車中制振マップと車速が前記閾値以上の走行中制振マップとである、
    ハイブリッド自動車。
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