JP7412863B2 - ハイブリッド車両の制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、ハイブリッド車両（ＨＶ：Hybrid Vehicle）の制御装置に関する。

たとえば、シリーズ方式のハイブリッドシステムには、エンジンの動力で発電する発電モータと、走行用の動力を発生する駆動モータと、発電モータおよび駆動モータの力行運転に使用する電力を蓄えるバッテリとが含まれる。

図３は、従来のハイブリッド車両における車速、エンジン回転数、発電モータの出力（ＭＧ１出力）、駆動モータのモータトルク（ＭＧ２トルク）、バッテリ出力およびアクセル開度の時間変化の例を示す図である。

シリーズ方式のハイブリッドシステムを搭載したハイブリッド車両では、ハイブリッドシステムを制御するＥＣＵ（Electronic Control Unit：電子制御ユニット）に、アクセルペダルの最大操作量に対する現在の操作量の割合であるアクセル開度と駆動モータに要求される要求トルクとの関係を示すマップが保持されている。アクセルペダルが踏まれると、ＥＣＵでは、アクセル開度が求められて、アクセル開度と要求トルクとの関係を示すマップに従って、アクセル開度に応じた要求トルクが設定される。

ハイブリッド車両が坂道で停車し、エンジンが停止されている状態（エンジン回転数が０である状態）から、ハイブリッド車両を登坂発進させる場合、アクセルペダルが素早くかつ大きく踏み込まれる（時刻Ｔ１１）。これに応じて、アクセル開度に応じた要求トルクが大きな値に設定され、駆動モータの力行運転に大きな電力が必要となる。

ところが、バッテリの出力には、一定の制限があり、図３に二点鎖線で示されるように、その上限となるバッテリ出力制約ラインが設定されている。駆動モータの駆動に必要とされる電力がバッテリ出力制約ラインを超える場合、エンジンが始動されて、発電モータが回生運転（発電運転）されることにより、エンジンの動力が発電モータで電力に変換され、その電力が駆動モータに供給される。

エンジンの始動時には、バッテリから発電モータに電力が供給されて、発電モータが力行運転されることにより、エンジンがモータリング（クランキング）される（時間Ｔ１１－１２）。そのため、発電モータが力行運転されている期間は、駆動モータの力行運転に必要な電力に加え、発電モータの力行運転のための電力が必要となる。このとき、発電モータの力行運転に必要な電力が優先的に確保されるので、バッテリの出力がバッテリ出力制約ラインを超えないように、駆動モータに供給される電力が制限され（時間Ｔ１１－Ｔ１３）、駆動モータのモータトルクが要求トルクよりも低くなり、ハイブリッド車両の発進性能が悪化する。

特開２００７－３０７９９５号公報 特開２０１１－２１３１６６号公報

本発明の目的は、ハイブリッド車両の加速性能、とくに車速が０からの加速性能である発進性能を向上できる、ハイブリッド車両の制御装置を提供することである。

前記の目的を達成するため、本発明に係るハイブリッド車両の制御装置は、エンジンと、エンジンの動力で発電する発電モータと、走行用の動力を発生する駆動モータと、駆動モータで使用する電力を蓄えるバッテリとを搭載するハイブリッド車両に用いられる制御装置であって、エンジンが停止した状態において、ハイブリッド車両の車速が０に向けて低下して所定値未満になった場合に、エンジンを始動させて、少なくともハイブリッド車両の加速開始までエンジンの運転を継続させる。

この構成によれば、エンジンが停止した状態で、ハイブリッド車両の車速が０に向けて低下して所定値未満になると、エンジンが始動される。そして、少なくともハイブリッド車両が加速を開始するまで、エンジンの運転が継続される。これにより、ハイブリッド車両が加速を始める際に、発電モータによる発電を開始するためにエンジンを始動させる必要がなく、バッテリの電力がエンジンの始動のためのモータリング（クランキング）に使用されることを防止できる。その結果、ハイブリッド車両が加速を始める際に、バッテリから駆動モータに従来よりも大きい電力を供給でき、ハイブリッド車両の加速性能、とくに車速が０からの加速性能である発進性能を向上することができる。

しかも、バッテリに高価な大容量バッテリを採用しなくても、ハイブリッド車両の加速性能（発進性能）を向上できるので、ハイブリッド車両のコストの増加を回避することができる。

制御装置は、エンジンが停止した状態において、ハイブリッド車両の車速が０に向けて低下して０になった場合に、ハイブリッド車両の加速を要求する操作が行われる前にエンジンを始動させてもよい。

この構成が採用されることにより、エンジンが運転し続けられる時間を短縮でき、ハイブリッド車両の燃費を向上することができる。

制御装置は、エンジンが停止した状態において、所定の状況下で、ハイブリッド車両の車速が０に向けて低下して所定値未満になった場合に、エンジンを始動させてもよい。

この構成が採用されることにより、エンジンが始動される機会を抑制でき、ハイブリッド車両の燃費を向上することができる。

所定の状況は、ハイブリッド車両の走行抵抗が所定以上であるという状況であり、走行抵抗が所定以上の状況は、ハイブリッド車両の走行路が登坂路であるという状況であってもよいし、ハイブリッド車両に搭載されている荷物の積載量が所定以上であるという状況や、ハイブリッド車両に所定人数以上の人が乗っているという状況であってもよい。

本発明によれば、ハイブリッド車両の加速性能、とくに車速が０からの加速性能である発進性能を向上することができる。

本発明の一実施形態に係る制御装置が適用されるハイブリッド車両１の構成を示すブロック図である。 車速、エンジン回転数、発電モータの出力、駆動モータのモータトルク、バッテリ出力およびアクセル開度の時間変化の例を示す図である。 従来のハイブリッド車両における車速、エンジン回転数、発電モータの出力、駆動モータのモータトルク、バッテリ出力およびアクセル開度の時間変化の例を示す図である。

以下では、本発明の実施の形態について、添付図面を参照しつつ詳細に説明する。

＜ハイブリッド車両＞
図１は、ハイブリッド車両１の構成を示すブロック図である。

ハイブリッド車両１は、シリーズ方式のハイブリッドシステム２を搭載している。ハイブリッドシステム２には、エンジン１１、発電モータ（ＭＧ１）１２、駆動モータ（ＭＧ２）１３、バッテリ１４およびＰＣＵ（Power Control Unit：パワーコントロールユニット）１５が含まれる。

エンジン１１は、たとえば、ガソリンエンジンまたはディーゼルエンジンである。

発電モータ１２は、たとえば、永久磁石同期モータからなる。発電モータ１２の回転軸は、エンジン１１のクランクシャフトとギヤ（図示せず）を介して機械的に連結されている。たとえば、エンジン１１のクランクシャフトにエンジン出力ギヤが相対回転不能に支持され、発電モータ１２の回転軸にモータギヤが相対回転不能に支持されて、エンジン出力ギヤとモータギヤとが噛合している。

駆動モータ１３は、たとえば、発電モータ１２よりも大型の永久磁石同期モータからなる。駆動モータ１３の回転軸は、ハイブリッド車両１の駆動系１６に連結されている。駆動系１６には、デファレンシャルギヤが含まれており、駆動モータ１３の動力は、デファレンシャルギヤに伝達され、デファレンシャルギヤから左右の前輪または後輪からなる駆動輪１７に分配されて伝達される。これにより、左右の駆動輪１７が回転し、ハイブリッド車両１が前進または後進する。

バッテリ１４は、複数の二次電池（たとえば、リチウムイオン電池）を組み合わせた組電池である。バッテリ１４は、たとえば、約２００～３５０Ｖ（ボルト）の直流電力を出力する。

ＰＣＵ１５は、発電モータ１２および駆動モータ１３の駆動を制御するためのユニットであり、第１インバータ２１、第２インバータ２２およびコンバータ２３を備えている。

エンジン１１の始動時には、バッテリ１４から出力される直流電力がコンバータ２３により昇圧されて、昇圧された直流電力が第１インバータ２１で交流電力に変換され、交流電力が発電モータ１２に供給される。これにより、発電モータ１２が力行運転されて、エンジン１１が発電モータ１２によりモータリングされる。モータリングによりエンジン１１のクランクシャフトの回転数が始動に必要な回転数まで上昇した状態で、エンジン１１の点火プラグがスパークされると、エンジン１１が始動する。

ハイブリッド車両１の走行時には、駆動モータ１３が力行運転されて、駆動モータ１３が動力を発生する。

駆動モータ１３に要求される出力がバッテリ１４の出力より小さいときには、ハイブリッド車両１がＥＶ走行する。すなわち、エンジン１１が停止されて、発電モータ１２による発電が行われず、バッテリ１４から駆動モータ１３に電力が供給されて、その電力で駆動モータ１３が駆動される。

一方、駆動モータ１３に要求される出力がバッテリ１４の出力を上回るときには、ハイブリッド車両１がＨＶ走行する。すなわち、エンジン１１が稼動状態にされて、発電モータ１２が発電運転されることにより、エンジン１１の動力が発電モータ１２で交流電力に変換される。そして、発電モータ１２からの交流電力が第１インバータ２１で直流電力に変換され、第１インバータ２１から出力される直流電力が第２インバータ２２で交流電力に変換されて、その交流電力が駆動モータ１３に供給されることにより、駆動モータ１３が駆動される。

また、バッテリ１４の残容量が所定以下に低下すると、駆動モータ１３の駆動／停止にかかわらず、エンジン１１が稼動している状態で、発電モータ１２が発電運転される。このとき、発電モータ１２からの交流電力が第１インバータ２１で直流電力に変換され、第１インバータ２１から出力される直流電力がコンバータ２３で降圧されて、降圧後の直流電力がバッテリ１４に供給されることにより、バッテリ１４が充電される。

ハイブリッド車両１には、複数のＥＣＵ（Electronic Control Unit：電子制御ユニット）が搭載されている。各ＥＣＵは、マイコン（マイクロコントローラユニット）を備えており、マイコンには、たとえば、ＣＰＵ、フラッシュメモリなどの不揮発性メモリおよびＤＲＡＭ（Dynamic Random Access Memory）などの揮発性メモリが内蔵されている。複数のＥＣＵは、ＣＡＮ（Controller Area Network）通信プロトコルによる双方向通信が可能に接続されている。各ＥＣＵには、制御に必要な各種センサが接続されており、その接続されたセンサの検出信号が入力される。また、各ＥＣＵには、各種センサから入力される検出信号以外に制御に必要な情報が他のＥＣＵから入力される。

図１には、複数のＥＣＵのうち、ハイブリッドシステム２を制御するＥＣＵ３１が示されている。ＥＣＵ３１には、アクセルセンサ３２および車速センサ３３が接続されている。アクセルセンサ３２は、ドライバ（運転者）により足踏み操作されるアクセルペダルの操作量に応じた検出信号を出力する。車速センサ３３は、ハイブリッド車両１の走行に伴って回転する回転体の回転に同期したパルス信号を検出信号として出力する。ＥＣＵ３１では、アクセルセンサ３２の検出信号から、アクセルペダルの最大操作量に対する現在の操作量の割合であるアクセル開度が求められる。また、ＥＣＵ３１では、車速センサ３３の検出信号から、その検出信号（パルス信号）の周波数が求められて、その周波数が車速に換算される。

＜電力確保制御＞
図２は、車速、エンジン回転数、発電モータ１２の出力（ＭＧ１出力）、駆動モータ１３のモータトルク（ＭＧ２トルク）、バッテリ出力およびアクセル開度の時間変化の例を示す図である。

ハイブリッド車両１がＥＶ走行状態で、ブレーキ操作が行われて、ハイブリッド車両１の車速が０に向けて低下して０になると（時刻Ｔ１）、ＥＣＵ３１により、ハイブリッド車両１の走行路（ハイブリッド車両１が所在している道路）が登坂路であるか否かが判定される。登坂路であるか否かは、路面の勾配を検出することにより判定できる。ハイブリッド車両１には、ＡＢＳ（Antilock Brake System）制御に必要なＧセンサ（加速度センサ）が搭載されているので、ＥＣＵ３１では、Ｇセンサの検出信号から車両が所在している路面の勾配を検出することができる。

ハイブリッド車両１の走行路が登坂路である場合、ＥＣＵ３１からＰＣＵ１５に指令が送信されて、バッテリ１４からの電力で発電モータ１２が力行運転されて、エンジン１１が発電モータ１２によりモータリングされる（時間Ｔ１－Ｔ２）。そして、モータリングによりエンジン１１のクランクシャフトの回転数が始動に必要な回転数まで上昇すると、ＥＣＵ３１がエンジン始動制御を行い、エンジン１１の点火プラグに電圧が印加されて、点火プラグがスパークすることにより、エンジン１１が始動される。エンジン１１の始動後、エンジン１１の運転が継続される。

ＥＣＵ３１の不揮発性メモリには、アクセル開度と駆動モータ１３に要求される要求トルクとの関係を示すマップが記憶されている。アクセルペダルが踏まれると（時刻Ｔ３）、ＥＣＵ３１では、アクセル開度が求められて、アクセル開度と要求トルクとの関係を示すマップに従って、アクセル開度に応じた要求トルクが設定される。そして、その要求トルクがＥＣＵ３１からＰＣＵ１５に送信されて、ＰＣＵ１５により、駆動モータ１３のモータトルクが要求トルク（目標トルク）と一致するように、バッテリ１４から駆動モータ１３に供給される電力が制御される。バッテリ１４の出力には、一定の制限があり、図２に二点鎖線で示されるように、その上限となるバッテリ出力制約ラインが設定されている。駆動モータ１３の駆動に必要とされる電力がバッテリ出力制約ラインを超える場合、ＰＣＵ１５により発電モータ１２を回生運転（発電運転）する制御が開始されて（時刻Ｔ３）、発電モータ１２の発生電力が駆動モータ１３に供給される。これにより、バッテリ１４の出力がバッテリ出力制約ライン未満に抑えられる。その結果、バッテリ１４から駆動モータ１３に供給される電力が制限されることなく、駆動モータ１３から要求トルクに一致するモータトルクが出力される。

ハイブリッド車両１の発進後、発電モータ１２の回生運転が不要になると、エンジン１１が停止される。

＜作用効果＞
以上のように、ハイブリッド車両１が登坂路をＥＶ走行している状況で、ハイブリッド車両１の車速が０に向けて低下して０になると、エンジン１１が始動される。そして、エンジン１１の運転が継続される。これにより、ハイブリッド車両１が登坂路で停車した状態で、アクセルペダルが踏み込まれて、ハイブリッド車両１が発進（加速）を始める際に、発電モータ１２による発電が必要になっても、その発電を開始するためにエンジン１１を始動させる必要がなく、バッテリ１４の電力がエンジン１１の始動のためのモータリング（クランキング）に使用されることを防止できる。その結果、ハイブリッド車両１が発進し始める際に、バッテリ１４から駆動モータ１３に従来よりも大きい電力を供給でき、ハイブリッド車両１の発進性能を向上することができる。

しかも、バッテリ１４に高価な大容量バッテリを採用しなくても、ハイブリッド車両１の加速性能（発進性能）を向上できるので、ハイブリッド車両１のコストの増加を回避することができる。

また、エンジン１１が始動される条件に、ハイブリッド車両１の走行路が登坂路であるという条件が含まれることにより、エンジン１１が始動される機会を駆動モータ１３の要求トルクが大きい場合のみに抑制でき、ハイブリッド車両１の燃費を向上することができる。

＜変形例＞
以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明は、他の形態で実施することもできる。

たとえば、前述の実施形態では、ハイブリッド車両１が登坂路をＥＶ走行している状況において、ブレーキ操作が行われて、ハイブリッド車両１の車速が０に向けて低下して０になると、エンジン１１が始動される構成を取り上げた。しかし、それに限らず、ハイブリッド車両１の加速を要求するアクセル操作が行われる前であれば、ハイブリッド車両１の車速が０に向けて低下して０になる前、つまり車速が所定値未満になったときに、エンジンが始動されてもよいし、車速が０になった時点から時間を空けて、エンジンが始動されてもよい。ただし、車速が０になった時点以後に、エンジン１１が始動される構成が好ましく、その構成により、エンジン１１が運転し続けられる時間を短縮でき、ハイブリッド車両１の燃費を向上することができる。

なお、ブレーキ操作は、ブレーキペダルの操作であってもよいし、アクセルペダルのみの操作により加速、減速および減速からの停車をコントロール可能なワンペダルシステムがハイブリッド車両１に採用される場合、アクセルペダルの操作が解除されるという操作であってもよい。

また、ハイブリッド車両１が登坂路をＥＶ走行している状況に限らず、エンジン１１が停止した状態における所定の状況下で、ハイブリッド車両１の車速が０に向けて低下して所定値未満になった場合に、エンジン１１が始動されるとよい。

所定の状況は、ハイブリッド車両１の走行抵抗が所定以上であるという状況であり、走行抵抗が所定以上の状況は、ハイブリッド車両１に搭載されている荷物の積載量が所定以上であるという状況や、ハイブリッド車両１に所定人数以上の人が乗っているという状況であってもよい。

また、アクセルペダルの操作に限らず、ブレーキペダルの操作の解除をハイブリッド車両１の加速を要求する操作として、ＥＣＵ３１により駆動モータ１３の要求トルクが設定されて、その要求トルクがＥＣＵ３１からＰＣＵ１５に送信されてもよい。

その他、前述の構成には、特許請求の範囲に記載された事項の範囲で種々の設計変更を施すことが可能である。

１：ハイブリッド車両
１１：エンジン
１２：発電モータ
１３：駆動モータ
１４：バッテリ
３１：ＥＣＵ（制御装置）

Claims (2)

1. エンジンと、前記エンジンの動力で発電する発電モータと、走行用の動力を発生する駆動モータと、前記駆動モータで使用する電力を蓄えるバッテリとを含むシリーズ方式のハイブリッドシステムであって、前記エンジンの動力が走行用の動力として使用されず、かつ、前記エンジンの始動時に、前記バッテリの電力で前記発電モータが力行運転されて、前記発電モータにより前記エンジンがモータリングされ、このとき、前記発電モータの力行運転に必要な電力が優先的に確保されて、前記バッテリの出力がバッテリ出力制約ラインを超えないように、前記駆動モータに供給される電力が制限される前記ハイブリッドシステムを搭載するハイブリッド車両に用いられる制御装置であって、
   前記エンジンが停止した状態において、前記ハイブリッド車両の車速が０に向けて低下して所定値未満になった場合に、前記エンジンを始動させて、少なくとも前記ハイブリッド車両の加速開始まで前記エンジンの運転を継続させる、制御装置。
2. 前記エンジンが停止した状態において、前記ハイブリッド車両の車速が０に向けて低下して前記所定値未満になった場合に、前記エンジンを始動させて、少なくとも前記ハイブリッド車両の加速を要求する操作が行われる前から前記ハイブリッド車両の加速開始まで前記エンジンの運転を継続させる、請求項１に記載の制御装置。

Images