JP7087440B2 - 車両の制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、車両の制御装置に関する。より具体的には、ターボ過給機を有する内燃機関を備える車両の制御装置に関するものである。

特許文献１には、電子制御式のスロットルバルブの制御に異常が生じた場合に、スロットルバルブ制御を停止して所定開度に保持し、アクセル操作量がゼロでない場合には、車速に基づいて点火時期及び燃料噴射量の少なくとも一方を制御することが記載されている。

また特許文献２には、電動過給機を有する内燃機関の電子制御式のスロットルバルブが固着故障した場合の制御が記載されている。より具体的には、スロットルバルブが固着故障した際、要求される吸入空気量に対して、固着状態のスロットル開度で吸入できる空気量が不足する場合には、電動過給機を正転駆動させることで空気不足が解消され、空気量が過剰である場合には、電動過給機を逆転駆動させることで空気過剰が解消されることが記載されている。

特開平１０－１３１７９９号公報 特開２０１４－２１８２２１号公報 特開２００８－０７５５４５号公報 特開２００２－３１７６５２号公報 特開平０６－２８０６５６号公報

スロットルバルブの異常の際、特許文献１のように、スロットルバルブを所定開度に固定して退避走行を行う場合、要求されるトルクを出力することができず、退避走行能力が制限される。また、特許文献２では電動過給機による過給により要求トルクを得ることができるが、この制御は電動過給機が搭載されていることが前提であり、例えば排気タービン式の過給機を搭載する車両に適用することができない。

従って、以上の課題を解決することを目的として、本発明は、排気タービン式の過給機を有する内燃機関のスロットルバルブが固着した場合にも、要求されるトルクに応じたトルクを出力できるよう改良された退避走行を行う車両の制御装置を提供するものである。

本発明の車両の制御装置は、過給機を備える内燃機関と、車両の駆動輪を駆動する電動モータと、を備える車両を制御する。ここで過給機は、内燃機関の排気通路に設置されたタービンと、内燃機関のスロットルバルブより上流側の吸気通路に設置されたコンプレッサと、タービンをバイパスする排気バイパス通路と、排気バイパス通路に設置され、排気バイパス通路を開閉するウェイストゲートバルブと、を備える。この制御装置は、スロットルバルブが閉弁側で故障した際に、スロットルバルブへの通電を停止して、電動モータを稼働させると共に、ウェイストゲートバルブを閉弁するように構成されている。

スロットルバルブが、要求トルクに応じた空気量に応じたスロットル開度よりも閉弁側で故障した場合、筒内に吸入される空気量は不足することが予測される。これに対し、本発明では、スロットルバルブが閉弁側で故障した場合には、ウェイストゲートバルブが閉弁される。その結果、過給圧が上昇し、これにより空気量の不足によるトルク不足を補うことができ、退避走行においても要求トルクに応じたトルクを出力することができる。

本発明の実施の形態において制御装置が実行する制御のルーチンについて説明するためのフローチャートである。

実施の形態．
本実施の形態に係る車両は、動力源として内燃機関（以下「エンジン」とも称する）と電動機とバッテリとを有するハイブリッド車両である。また、この車両は、電動機として、第１モータジェネレータ（以下「ＭＧ１」とも称する）と第２モータジェネレータ（以下「ＭＧ２」とも称する）とを有する。

エンジンは、排気タービン式の過給機を有する過給エンジンである。過給機は、コンプレッサとタービンとを有している。タービンは排気通路の途中に配置されている。コンプレッサは、吸気通路の途中に配置されており、タービンにより駆動されて吸入空気を過給する。

排気通路のタービンの近傍には、タービンの入口側と出口側とに接続され、タービンをバイパスする排気バイパス通路が設けられている。排気バイパス通路には、ウェイストゲートバルブ（以下「ＷＧＶ」）とも称する）が設置されている。ＷＧＶは、アクチュエータにより駆動され、その開閉が制御装置によって電子制御される。ＷＧＶが開くと、排気ガスの一部は、タービンを通らずにバイパス通路を通って流れる。

コンプレッサより下流側の吸気通路には、電子制御式のスロットルバルブが設置されている。スロットルバルブは、開閉により吸気通路の流路断面積を変更することで吸入空気量を調節する。スロットルバルブの駆動はアクチュエータにより行われ、スロットル開度は制御装置によって制御される。

ＭＧ１及びＭＧ２は、何れも電動モータ及び発電機として択一的に用いることができる。ＭＧ１は、エンジンのクランク軸に機械的に接続され、主として、エンジンにより駆動される発電機として用いられる。ＭＧ１が発電した電力は、ＭＧ２又はバッテリに供給される。また、ＭＧ１は、バッテリの電力により駆動され、クランク軸を回転させることができる。ＭＧ２は、主として電動モータとして動作して駆動輪を駆動すると共に、車両の制動時又は減速時に回生発電を行う。

この車両には制御装置が搭載されている。制御装置には、各種のセンサが接続されている。制御装置は、これらのセンサで得られた情報に基づき、スロットルバルブ、ＷＧＶ、ＭＧ１、及び、ＭＧ２等の車両が備える様々な装置及びアクチュエータを操作することにより、車両の走行状態を制御する。制御装置は、少なくとも１つのＣＰＵ、少なくとも１つのＲＯＭ、少なくとも１つのＲＡＭを有するＥＣＵ（Electronic Control Unit）である。

なお、制御装置は、例えば、パワーマネジメントＥＣＵ、エンジンＥＣＵ、及び、ＭＧＥＣＵ等の複数のＥＣＵがネットワークを介して接続された構成であってもよい。この場合において、例えば、パワーマネジメントＥＣＵは、エンジン、ＭＧ１、及び、ＭＧ２の出力、及び、ＭＧ１、ＭＧ２による発電量の制御を行う。パワーマネジメントＥＣＵは、複数のＥＣＵや各種センサからの信号の入力を受けて、エンジン、ＭＧ１、及び、ＭＧ２それぞれによる出力要求値を算出して、エンジンＥＣＵ及びＭＧＥＣＵに出力する。また、例えば、エンジンＥＣＵは、パワーマネジメントＥＣＵからの出力要求と、各種のＥＣＵ及び各種のセンサからの信号との入力を受けて、スロットルバルブ及びＷＧＶの開度制御を含むエンジンの各アクチュエータの操作量を算出し、操作量に応じて各アクチュエータを操作する。

ところで、スロットルバルブは、固着故障を起こす場合がある。特に、スロットルバルブが、要求トルクに応じたスロットル開度より小さな開度で固着故障（以下、このような故障を「閉故障」と称する）を起こした場合、筒内に導入される空気量が不足して、要求トルクに応じたトルクを出力できない虞がある。

これに対し、本実施の形態では、スロットルバルブが閉故障した際の空気不足によるトルク不足を補うため、スロットルバルブの閉故障時に、以下の退避走行を行うフェールセーフ運転を実行する。図１は、本実施の形態において制御装置が実行するフェールセーフ運転の制御ルーチンについて説明するためのフローチャートである。図１のルーチンは、一定の制御期間ごとに繰り返して実行される。

図１のルーチンでは、まず、ステップＳ１０１において、スロットルバルブが閉故障を起こしているか否かが判別される。即ち、スロットルバルブが、要求トルクに応じたスロットル開度まで開かない故障を起こしているか否かが判別される。この故障は、例えば、スロットル開度センサの出力に基づいて検出することができる。ステップＳ１０１において、スロットルバルブが閉故障していないと判別された場合、今回の処理は終了する。

一方、ステップＳ１０１において、スロットルバルブが閉故障していると判別された場合、ステップＳ１０２に進み、スロットルバルブへの通電がカットされ、フェールセーフ運転に切り替えられる。これによりスロットルバルブは固着故障した開度（以下、「成行開度」とも称する）で固定される。

スロットルバルブが成行開度に固定された状態となると、エンジンから出力されるトルクは、要求されるトルクに対して小さなものとなる。このためフェールセーフ運転では、ＭＧ２が稼動され、ＭＧ２の駆動力をメインとする走行に切り替えられる。

次に、ステップＳ１０３に進み、ＷＧＶが閉弁される。これにより過給圧が上昇し、エンジントルクが大きくすることができる。例えば、車重が重く、ＭＧ２による出力が小さな車両の場合、ＭＧ２をメインとする駆動力では駆動力が不足する場合があるが、このような場合でも、過給圧上昇によりエンジントルクが大きく確保されるため、全体として車両が出力するトルクを大きくすることができる。但し、スロットルバルブが閉故障している場合、排気流量も少ないため、ＷＧＶを閉弁しても、空気量不足を補うほど十分な過給圧は得られない虞がある。

従って、次に、ステップＳ１０４に進み、要求トルクが実トルクより大きいか否かが判別される。要求トルクが実トルクより小さい場合には、ＭＧ２をメインとし、ＷＧＶを閉弁して過給圧を上げるフェールセーフ運転により、十分にトルクが出せる状態にあると判断される。従って、今回の処理は、このまま終了する。

一方、ステップＳ１０４において、要求トルクが実トルクより大きいと判別された場合、ＷＧＶの閉弁により過給圧を上げても、ドライバの要求するトルクが実現していない状態である。この場合、次に、ステップＳ１０５に進み、バッテリの充電状態を示すＳＯＣ（State of Charge）が所定値以上であるか否かが判別される。

ステップＳ１０５においてＳＯＣが所定値以上と判別された場合には、次にステップＳ１０６に進み、ＭＧ１によりクランク軸を回転させ、エンジン回転速度Ｎｅを上げる。これにより、更に過給圧を上昇させることができ、要求トルクが実現されるようになる。その後、今回の処理は一旦終了する。

但し、ＭＧ１によりエンジン回転速度Ｎｅを上げるステップＳ１０６の制御では、過給圧が実際に上昇するまでの期間バッテリの電力消費量が大きくなる。このため、ＳＯＣが少ない状態で実行することは好ましくない。

従って、ステップＳ１０５においてＳＯＣが所定値未満であると判別された場合には、ＭＧ１によるエンジン回転速度Ｎｅを上げるステップＳ１０６の制御は実行せずに、今回の処理をこのまま終了する。

なお、ステップＳ１０５におけるＳＯＣの充電状態の判断の基準となる所定値は、少なくともＭＧ１により過給圧を上げるのに必要な電力量と、その他車両の運転に必要となる最低限の電力量とを合せた値よりも大きな値であり、具体的な値は、実験等によって適宜設定される。

以上説明したように、本実施の形態の制御によれば、スロットルバルブが閉故障した場合における空気量の不足によるトルク不足を、ＭＧ２による駆動力と、過給圧の上昇によるエンジントルク増加分と、により補うことができる。これにより、フェールセーフ運転時にも、要求トルクに応じたトルクを出力することができる。

なお、本実施の形態では、スロットルバルブの閉故障時のフェールセーフ運転においては、ＭＧ２をメインとする走行に切り替え、更に、不足する駆動力を、過給圧上昇により補う場合について説明した。しかしながら、スロットルバルブの閉故障時のフェールセーフ運転の制御は、これに限られず、例えば、単に、ＷＧＶを閉弁することで過給圧を上昇させる構成としてもよい。これによっても、少なくともエンジントルクを増大させることができ、スロットルバルブの閉故障時の空気不足によるトルク不足をある程度の範囲で解消することができる。従って、例えば、車両が、ハイブリッド車両でないような場合にも、スロットルバルブの閉故障時のフェールセーフ運転におけるトルク範囲を大きく確保することができる。

また、スロットルバルブの閉故障時のフェールセーフ運転では、エンジンをメインとする走行を継続し、不足するトルクを過給圧上昇にのみ補う構成としてもよい。つまり、エンジンをメインとする走行を継続しつつ、ＷＧＶの閉弁と、ＭＧ１によりエンジン回転速度ｚＮｅの上昇と、により過給圧を上昇させて、エンジントルクを増大させるように構成してもよい。この場合でも、更に、トルクが不足すると判断される場合には、ＭＧ２により駆動力を補う構成を追加することもできる。

また、本実施の形態では、フェールセーフ運転の制御において、ＭＧ１によりエンジン回転速度Ｎｅを上昇させる制御を、ＳＯＣが所定値以上の場合にのみ行う構成とする場合について説明した。しかし、これに限られず、スロットルバルブの閉故障時のフェールセーフ運転の制御では、ステップＳ１０５の判断を実行せず、即ち、ＳＯＣが低い場合にも、ＭＧ１によるエンジン回転速度Ｎｅを上げる制御を行う構成としてもよい。エンジン回転速度Ｎｅを上げる際には電力を消費するが、過給圧が上昇すれば、エンジン自力で、あるいはより少ないＭＧ１のアシストで、エンジン回転速度Ｎｅを維持できるため、ステップＳ１０５におけるＳＯＣの判断を行わなくても問題ないと考えられるためである。また、これを踏まえて、ステップＳ１０５における所定値を低い値に設定してもよい。

以上の実施の形態において各要素の個数、数量、量、範囲等の数に言及した場合、特に明示した場合や原理的に明らかにその数に特定される場合を除いて、その言及した数に、この発明が限定されるものではない。また、この実施の形態において説明する構造等は、特に明示した場合や明らかに原理的にそれに特定される場合を除いて、この発明に必ずしも必須のものではない。

Claims (1)

1. 過給機を備える内燃機関と、駆動輪を駆動する電動モータと、を備える車両を制御する制御装置であって、
   前記過給機は、
   前記内燃機関の排気通路に設置されたタービンと、
   前記内燃機関のスロットルバルブより上流側の吸気通路に設置されたコンプレッサと、
   前記タービンをバイパスする排気バイパス通路と、
   前記排気バイパス通路に設置され、前記排気バイパス通路を開閉するウェイストゲートバルブと、
   を備え、
   前記制御装置は、
   前記スロットルバルブが閉弁側で故障した際に、
   前記スロットルバルブへの通電を停止して、
   前記電動モータを稼働させると共に、前記ウェイストゲートバルブを閉弁する、
   ように構成されていることを特徴とする車両の制御装置。

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