JPWO2012105021A1 - ハイブリッド車両およびその制御方法 - Google Patents

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Abstract

S10において走行モードはHV走行モードであると判定されると(S10にてYES)、ECUは、HV走行モード用のシステム電圧を設定する(S20)。一方、S10において走行モードはEV走行モードであると判定されると(S10にてNO)、ECUは、EV走行モード用のシステム電圧を設定する(S30)。なお、このEV走行モード用のシステム電圧の設定は、HV走行モード用の設定よりも低い。

Description

この発明は、ハイブリッド車両およびその制御方法に関し、特に、蓄電装置と電動機を駆動する駆動装置との間に昇圧コンバータを備えるハイブリッド車両およびその制御方法に関する。
環境に配慮した車両としてハイブリッド車両(Hybrid Vehicle)が注目されている。ハイブリッド車両は、従来のエンジンに加え、蓄電装置とインバータとインバータによって駆動されるモータとを車両走行用の動力源として搭載する。そして、このようなハイブリッド車両において、エンジンを停止してモータのみを用いて走行可能なものが知られている。以下では、エンジンを停止して走行する走行モードを「EV(Electric Vehicle)走行モード」と称し、これに対して、エンジンを動作させてエンジンおよびモータを用いて走行する走行モードを「HV(Hybrid Vehicle)走行モード」と称する。
また、動力源としてモータを搭載する電動車両において、蓄電装置とモータを駆動するインバータとの間に、インバータへの供給電圧(以下「システム電圧」とも称する。)を蓄電装置の電圧以上に昇圧する昇圧コンバータを備えた車両が知られている。
特開2008−301598号公報(特許文献1)は、そのような昇圧コンバータを備える車両を開示する。この車両においては、経済的な走行を利用者が選択するためのエコモードスイッチが設けられる。エコモードスイッチがオンされると、システム電圧が制限される。これにより、無駄な消費電力を低減できるとされる(特許文献1参照)。
特開2008−301598号公報 特開2006−194133号公報
上記の特開2008−301598号公報に開示される技術は、エコモードスイッチを設けてシステム電圧を制限することにより燃費向上を図ることができる点で有用であるが、ハイブリッド車両におけるシステム電圧の設定および燃費向上策については、特に検討されていない。
それゆえに、この発明の目的は、ハイブリッド車両において、システム電圧を適切に設定することにより燃費向上を図ることである。
この発明によれば、ハイブリッド車両は、車両駆動力を発生する内燃機関および電動機と、蓄電装置と、電動機を駆動する駆動装置と、電圧変換装置と、電圧変換装置を制御する制御装置とを備える。電圧変換装置は、駆動装置と蓄電装置との間に設けられ、駆動装置の入力電圧(システム電圧)を蓄電装置の電圧よりも高い電圧に昇圧するように構成される。そして、制御装置は、内燃機関を停止して走行する第1の走行モード(EV走行モード)時は、内燃機関を動作させて内燃機関および電動機を用いて走行する第2の走行モード(HV走行モード)時に対してシステム電圧の設定を変更する。
好ましくは、制御装置は、第1の走行モード時は、第2の走行モード時よりも入力電圧が低くなる傾向に入力電圧を設定する。
好ましくは、制御装置は、第1の走行モード時は、第2の走行モード時に対してシステム電圧の上限設定を変更する。
好ましくは、制御装置は、第1の走行モード時は、車両駆動力を発生している電動機の運転状態が同じ場合の第2の走行モード時よりも入力電圧を低く設定する。
好ましくは、制御装置は、さらに、内燃機関を停止しての走行を優先させる第1の運転モード(CDモード)時は、内燃機関を用いて発電することにより蓄電装置の充電状態を維持する第2の運転モード(CSモード)時に対してシステム電圧の設定を変更する。
好ましくは、ハイブリッド車両は、通常モードおよび節約モードのいずれかを運転者が選択するための入力装置をさらに備える。そして、制御装置は、入力装置によって節約モードが選択されると、システム電圧の設定を通常モード時の設定以下に変更する。ここで、第1の走行モード時に節約モードが選択されたときのシステム電圧の低下率は、第2の走行モード時に節約モードが選択されたときの低下率よりも大きい。
好ましくは、制御装置は、第1および第2の走行モード時の各々において、電動機の回転速度によってシステム電圧の設定をさらに変更する。
また、好ましくは、制御装置は、第1および第2の走行モード時の各々において、車両駆動力によってシステム電圧の設定をさらに変更する。
また、好ましくは、制御装置は、第1および第2の走行モード時の各々において、電動機の出力によってシステム電圧の設定をさらに変更する。
好ましくは、ハイブリッド車両は、電動機の力行動作時に、内燃機関により駆動されて発電し蓄電装置へ給電可能な発電機をさらに備える。
また、この発明によれば、制御方法は、ハイブリッド車両の制御方法である。ハイブリッド車両は、車両駆動力を発生する内燃機関および電動機と、蓄電装置と、電動機を駆動する駆動装置と、電圧変換装置とを備える。電圧変換装置は、駆動装置と蓄電装置との間に設けられ、駆動装置の入力電圧(システム電圧)を蓄電装置の電圧よりも高い電圧に昇圧するように構成される。そして、制御方法は、内燃機関を停止して走行する第1の走行モード(EV走行モード)用のシステム電圧を設定する第1のステップと、内燃機関を動作させて内燃機関および電動機を用いて走行する第2の走行モード(HV走行モード)用のシステム電圧を設定する第2のステップとを含む。
好ましくは、第1の走行モード用の入力電圧は、第2の走行モード用の入力電圧よりも低くなる傾向に設定される。
好ましくは、第1のステップは、第1の走行モード用のシステム電圧の上限を設定するステップを含む。第2のステップは、第2の走行モード用のシステム電圧の上限を設定するステップを含む。
好ましくは、第1の走行モード用の入力電圧は、車両駆動力を発生している電動機の運転状態が同じ場合の第2の走行モード用の入力電圧よりも低く設定される。
好ましくは、制御方法は、内燃機関を停止しての走行を優先させる第1の運転モード(CDモード)用のシステム電圧を設定するステップをさらに含む。第1および第2のステップは、内燃機関を用いて発電することにより蓄電装置の充電状態を維持する第2の運転モード(CSモード)時に実行される。
この発明においては、第1の走行モード(EV走行モード)時は、第2の走行モード(HV走行モード)時に対して駆動装置の入力電圧(システム電圧)の設定が変更されるので、燃費とドライバビリティとのバランスを考慮した適切なシステム電圧を走行モード毎に設定可能である。したがって、この発明によれば、ハイブリッド車両において、システム電圧を適切に設定することにより燃費向上を図ることができる。
実施の形態1によるハイブリッド車両の全体構成を示すブロック図である。 ハイブリッド車両の電気システムの構成を示すブロック図である。 システム電圧の設定に関するECUの機能ブロック図である。 システム電圧の設定処理に関する一連の処理手順を説明するためのフローチャートである。 システム電圧の上限設定が相対的に高いときの制御モードの区分を示した図である。 システム電圧の上限設定が相対的に低いときの制御モードの区分を示した図である。 走行モードの変化に伴なうシステム電圧の上限設定の変化を示した図である。 実施の形態2におけるハイブリッド車両の電気システムの構成を示すブロック図である。 実施の形態2におけるシステム電圧の設定処理に関する一連の処理手順を説明するためのフローチャートである。 モータジェネレータの速度−トルク特性を示した図である。 実施の形態3におけるシステム電圧の設定処理に関する一連の処理手順を説明するためのフローチャートである。 実施の形態3の変形例1におけるシステム電圧の設定処理に関する一連の処理手順を説明するためのフローチャートである。 実施の形態3の変形例2におけるシステム電圧の設定処理に関する一連の処理手順を説明するためのフローチャートである。 実施の形態4におけるハイブリッド車両の電気システムの構成を示すブロック図である。 蓄電装置のSOCの変化と運転モードとの関係を示した図である。 実施の形態4におけるシステム電圧の設定処理に関する一連の処理手順を説明するためのフローチャートである。
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰返さない。
[実施の形態1]
図1は、実施の形態1によるハイブリッド車両の全体構成を示すブロック図である。図1を参照して、ハイブリッド車両100は、蓄電装置10と、ECU(Electronic Control Unit)15と、PCU(Power Control Unit)20と、動力出力装置30と、ディファレンシャルギヤ40と、前輪50L,50Rと、後輪60L,60Rとを備える。
蓄電装置10は、再充電可能な直流電源であり、たとえば、ニッケル水素やリチウムイオン等の二次電池によって構成される。蓄電装置10は、たとえばリアシート80の後方部に配置され、PCU20と電気的に接続されてPCU20へ直流電圧を供給する。また、蓄電装置10は、動力出力装置30によって発電された電力をPCU20から受けて充電される。
PCU20は、ハイブリッド車両100内で必要となる電力変換器を統括的に示したものである。PCU20は、蓄電装置10から供給される電圧を昇圧するコンバータや、動力出力装置30に含まれるモータジェネレータを駆動するインバータ等を含む。
ECU15は、運転状況・車両状況を示す各種センサからの各種センサ出力17を受ける。各種センサ出力17には、アクセルペダル35の踏込み量に応じたアクセル開度や、車輪回転数に応じた車両速度等が含まれる。そして、ECU15は、入力されたこれらのセンサ出力に基づき、ハイブリッド車両100に関する種々の制御を実行する。
動力出力装置30は、車輪の駆動力源として設けられ、モータジェネレータMG1,MG2およびエンジンを含む。これらは、動力分割装置(図示せず)を介して機械的に連結される。そして、ハイブリッド車両100の走行状況に応じて、動力分割装置を介して上記3者の間で駆動力の配分および結合が行なわれ、その結果として前輪50L,50Rが駆動される。ディファレンシャルギヤ40は、動力出力装置30から出力される動力を前輪50L,50Rへ伝達するとともに、前輪50L,50Rから受ける回転力を動力出力装置30へ伝達する。これにより、動力出力装置30は、エンジンおよびモータジェネレータによる動力を、ディファレンシャルギヤ40を介して前輪50L,50Rへ伝達して前輪50L,50Rを駆動する。また、動力出力装置30は、前輪50L,50Rによるモータジェネレータの回転力を受けて発電し、その発電した電力をPCU20へ供給する。
なお、モータジェネレータMG1,MG2は、発電機としても電動機としても機能し得るが、モータジェネレータMG1が、主として発電機として動作し、モータジェネレータMG2が、主として電動機として動作する。詳細には、モータジェネレータMG1は、動力分割装置によって分配されるエンジンの出力の一部を受けて発電する。また、モータジェネレータMG1は、蓄電装置10から電力の供給を受けて電動機として動作し、エンジンをクランキングして始動する。
モータジェネレータMG2は、蓄電装置10に蓄えられた電力およびモータジェネレータMG1の発電した電力の少なくとも一方によって駆動される。そして、モータジェネレータMG2の駆動力は、ディファレンシャルギヤ40を介して前輪50L,50Rの駆動軸へ伝達される。これにより、モータジェネレータMG2は、エンジンをアシストして車両を走行させたり、自己の駆動力のみによって車両を走行させたりする。また、車両の制動時には、モータジェネレータMG2は、前輪50L,50Rにより駆動されて発電機として動作する。このとき、モータジェネレータMG2により発電された電力は、PCU20を介して蓄電装置10に充電される。
そして、PCU20は、ECU15からの制御指示に従って、蓄電装置10から受ける直流電圧を昇圧するとともに、その昇圧した直流電圧を交流電圧に変換して、動力出力装置30に含まれるモータジェネレータMG1,MG2を駆動する。また、PCU20は、モータジェネレータMG1,MG2の回生動作時には、ECU15からの制御指示に従って、モータジェネレータMG1,MG2の発電した交流電圧を直流電圧に変換して蓄電装置10を充電する。
図2は、ハイブリッド車両100の電気システムの構成を示すブロック図である。図2を参照して、電気システムは、蓄電装置10と、SMR(System Main Relay)105と、PCU20と、モータジェネレータMG1,MG2と、ECU15とを含む。
モータジェネレータMG1,MG2は、動力分割装置を介してエンジンENGおよび図示されない駆動輪(図1の前輪50L,50R)と連結される。そして、ハイブリッド車両100は、エンジンENGおよびモータジェネレータMG2を用いて走行可能であり、モータジェネレータMG1は、エンジンENGの始動およびエンジンENGの動力を用いた発電を行なう。
SMR105は、蓄電装置10とPCU20との間に設けられ、車両の走行時等にECU15からの指令に応じてオンされる。
PCU20は、コンバータ110と、コンデンサ120と、モータ駆動制御器131,132と、コンバータ/インバータ制御部140とを含む。この実施の形態1では、モータジェネレータMG1,MG2は交流モータであり、モータ駆動制御器131,132はインバータによって構成される。以下では、モータ駆動制御器131(132)を「インバータ131(132)」とも称する。
コンバータ110は、コンバータ/インバータ制御部140からの制御信号Scnvに基づいて、正極線103および負極線102間の電圧VH(システム電圧)を蓄電装置10の電圧Vb以上に昇圧する。コンバータ110は、たとえば、電流可逆型の昇圧チョッパ回路によって構成される。
インバータ131,132は、それぞれモータジェネレータMG1,MG2に対応して設けられる。インバータ131,132は、互いに並列してコンバータ110に接続され、コンバータ/インバータ制御部140からの制御信号Spwm1,Spwm2に基づいてモータジェネレータMG1,MG2をそれぞれ駆動する。
コンバータ/インバータ制御部140は、ECU15から受ける制御指令(システム電圧VHの設定やモータジェネレータMG1,MG2のトルク目標等)に基づいて、コンバータ110およびモータジェネレータMG1,MG2をそれぞれ駆動するための制御信号Scnv,Spwm1,Spwm2を生成する。そして、コンバータ/インバータ制御部140は、その生成された制御信号Scnv,Spwm1,Spwm2をそれぞれコンバータ110およびインバータ131,132へ出力する。
ECU15は、電子制御ユニットにより構成され、予め記憶されたプログラムをCPU(Central Processing Unit)で実行することによるソフトウェア処理および/または専用の電子回路によるハードウェア処理により、車両の走行モードの制御や、蓄電装置10の充放電制御、システム電圧VHの設定等の各種制御を行なう。そして、ECU15は、PCU20を駆動するための制御指令を生成し、その生成した制御指令をPCU20のコンバータ/インバータ制御部140へ出力する。
図3は、システム電圧VHの設定に関するECU15の機能ブロック図である。図3を参照して、ECU15は、SOC算出部150と、走行モード制御部152と、システム電圧制御部154とを含む。
SOC算出部150は、図示されないセンサによって検出される蓄電装置10の電圧Vbおよび電流Ibに基づいて、蓄電装置10の充電状態を示すSOC(State Of Charge)を算出する。このSOCは、蓄電装置10の満充電状態に対する蓄電量を0〜100%で表わしたものであり、蓄電装置10の蓄電残量を示す。なお、SOCの算出方法については、種々の公知の手法を用いることができる。
走行モード制御部152は、SOC算出部150によって算出されたSOCおよび車両の要求駆動力に基づいて、車両の走行モードの切替を制御する。具体的には、走行モード制御部152は、蓄電装置10のSOCを所定の目標に維持するように、EV走行モードおよびHV走行モードの切替を制御する。EV走行モードは、エンジンENGを停止して走行(すなわちモータジェネレータMG2のみを用いて走行)する走行モードである。一方、HV走行モードは、エンジンENGを動作させてエンジンENGおよびモータジェネレータMG2を用いて走行する走行モードである。
走行モード制御部152は、SOCが目標を上回っているときは、走行モードをEV走行モードとする。一方、SOCが目標を下回っているときは、走行モード制御部152は、エンジンENGによりモータジェネレータMG1を駆動して蓄電装置10を充電するために、走行モードをHV走行モードとする。また、走行モード制御部152は、EV走行モード時にモータジェネレータMG2のみでは車両の要求駆動力を出力できないときは、走行モードをHV走行モードに切替える。なお、要求駆動力は、各種センサ出力17(図1)として受けるアクセル開度や車両速度等に基づいて算出される。
システム電圧制御部154は、走行モードを示すモード信号MDを走行モード制御部152から受け、走行モードに基づいてシステム電圧VHを設定する。すなわち、システム電圧制御部154は、EV走行モード時は、HV走行モード時に対してシステム電圧VHの設定を変更する。なお、以下に説明するように、EV走行モード時は、HV走行モード時に対してシステム電圧VHの設定を低くすることが、燃費改善の点から好ましい。
システム電圧VHが高いと、コンバータ110およびインバータ131,132(図2)における電力損失が大きくなり、その結果として燃費が悪化する。ここで、EV走行モード時は、車両駆動力を発生するモータジェネレータMG2の回転数およびトルクの制御範囲は限られているので(回転数やトルクが大きくなるとエンジンENGが始動してHV走行モードに移行する。)、モータジェネレータMG2の高出力に備えてシステム電圧VHを高めておく必要はない。そこで、この実施の形態1では、EV走行モード時は、HV走行モード時に対してシステム電圧VHの設定を低くするように変更し、燃費改善を図ることとしたものである。
なお、HV走行モード時においても、燃費改善を図るために、アクセルペダルが所定量以上踏込まれない限り、システム電圧VHは最大値よりも低く設定される。ここで、HV走行モード時のシステム電圧VHは、発電機として作動するモータジェネレータMG1の回転数等により制約される。したがって、HV走行モード時は、モータジェネレータMG1の回転数等の制約を受けないEV走行モード時ほどシステム電圧VHの設定を低くすることはできない。
そして、システム電圧制御部154は、システム電圧VHの設定をPCU20のコンバータ/インバータ制御部140(図2)へ出力する。
図4は、システム電圧VHの設定処理に関する一連の処理手順を説明するためのフローチャートである。なお、このフローチャートの処理は、一定時間毎または所定の条件が成立する毎にメインルーチンから呼び出されて実行される。
図4を参照して、ECU15は、走行モードがHV走行モードか否かを判定する(ステップS10)。なお、このステップS10は、走行モードを判定するための処理であり、走行モードがEV走行モードか否かを判定してもよい。
そして、ステップS10において走行モードはHV走行モードであると判定されると(ステップS10においてYES)、ECU15は、システム電圧VHをHV走行モード用の値に設定する(ステップS20)。一方、ステップS10において走行モードはEV走行モードであると判定されると(ステップS10においてNO)、ECU15は、システム電圧VHをEV走行モード用の値に設定する(ステップS30)。このEV走行モード用の設定は、HV走行モード用の設定よりも低い。
なお、ECU15は、EV走行モード用のシステム電圧VHの設定でモータジェネレータMG2が車両の要求駆動力を出力可能か否かを判定する(ステップS40)。そして、モータジェネレータMG2が要求駆動力を出力できないと判定されると(ステップS40においてNO)、ECU15は、モータジェネレータMG2が要求駆動力を出力できるようにシステム電圧VHの設定を上昇させる(ステップS50)。
なお、EV走行モード時は、車両駆動力を発生しているモータジェネレータMG2の運転状態(トルクおよび回転速度)が同じ場合のHV走行モード時よりもシステム電圧VHを低く設定するようにしてもよい。たとえば、モータジェネレータMG2の運転状態に基づいてマップ等によりシステム電圧VHを決定するものとし、EV走行モード用とHV走行モード用とでマップを別々に準備して、EV走行モード用のマップの値をHV走行モード用のマップの値よりも全体的に小さくするようにしてもよい。
以上のように、この実施の形態1においては、EV走行モード時は、HV走行モード時に対してシステム電圧VHの設定が変更されるので、燃費とドライバビリティとのバランスを考慮した適切なシステム電圧VHを走行モード毎に設定可能である。したがって、この実施の形態1によれば、システム電圧VHを適切に設定することにより燃費向上を図ることができる。
[実施の形態1の変形例]
上記の実施の形態1においては、走行モードでシステム電圧VHを切替えるものとしたが、システム電圧VHそのものではなくシステム電圧VHの上限を走行モードで切替えるようにしてもよい。なお、この場合、システム電圧VH自体は、走行モードに関係なく、モータジェネレータMG1,MG2に対する駆動要求に基づいて算出される。
この変形例では、ECU15は、走行モードに基づいてシステム電圧VHの上限を設定する。すなわち、ECU15は、EV走行モード時は、HV走行モード時に対してシステム電圧VHの上限設定を変更する。なお、以下に説明するように、EV走行モード時は、HV走行モード時に対してシステム電圧VHの上限設定を低くすることが、燃費改善の点から好ましい。
上述のように、EV走行モード時は、HV走行モード時のようにモータジェネレータMG1の回転数等の制約を受けないので、HV走行モード時に対してシステム電圧VHの上限設定を低くすることができる。これにより、EV走行モード時のシステム電圧VHが低く抑えられるので、実施の形態1で説明したように燃費改善を図ることができる。さらに、EV走行モード時にシステム電圧VHの上限設定を下げることにより、電圧利用率の高い制御モードでモータジェネレータMG2を駆動することができ、この点からも燃費改善効果が得られる。
図5,6は、モータジェネレータMG2の回転速度−トルク特性を示した図である。図5では、システム電圧VHの上限設定が相対的に高いときの制御モードの区分が示されており、図6では、システム電圧VHの上限設定が相対的に低いときの制御モードの区分が示されている。
図5,6を参照して、「PWM」で示される領域は、正弦波PWM(Pulse Width Modulation)制御が行なわれる領域であり、「OM」で示される領域は、過変調PWM制御が行なわれる領域である。「矩形」で示される領域は、矩形波電圧制御が行なわれる領域である。正弦波PWM制御では、モータジェネレータMG2の制御性はよいが、変調率(電圧VHに対するモータ印加電圧の基本波成分(実効値)の比)を約0.61までしか高めることができない。過変調PWM制御では、正弦波PWM制御モードでの最高変調率から0.78の範囲まで変調率を高めることができ、矩形波電圧制御では、変調率は最大の0.78で一定である。なお、図6において、斜線で示される領域は、システム電圧VHが低いことによりモータジェネレータMG2が出力することができない領域である。
図5,6に示されるように、システム電圧VHの上限設定が高い場合には正弦波PWM制御が行なわれるポイントであっても、システム電圧VHの上限設定を低くすることによって変調率(電圧利用率)の高い矩形波電圧制御でモータジェネレータMG2を駆動することができる。
なお、HV走行モード時においても、燃費改善を図るために、アクセルペダルが所定量以上踏込まれない限り、システム電圧VHの上限は最大値よりも低く設定される。但し、HV走行モード時のシステム電圧VHは、上述のようにモータジェネレータMG1の回転数等により制約される。したがって、HV走行モード時は、モータジェネレータMG1の回転数等の制約を受けないEV走行モード時ほどシステム電圧VHの上限設定を低くすることはできない。
図7は、走行モードの変化に伴なうシステム電圧VHの上限設定の変化を示した図である。なお、この図7では、比較例として、従来技術の場合におけるシステム電圧VHの上限設定の変化も示されている。
図7を参照して、本実施の形態では、EV走行モード時は、HV走行モード時に対してシステム電圧VHの上限が低い値(V2)に設定される。一方、従来技術においては、EV走行モード時にシステム電圧VHの上限設定を最大値(Vmax)から下げるという思想はなかったので、燃費改善のためにシステム電圧VHの上限を制限しているHV走行モード時の方がEV走行モード時よりも低い設定となっている。
以上のように、この実施の形態1の変形例においても、実施の形態1と同様に燃費向上を図ることができる。
[実施の形態2]
図8は、実施の形態2におけるハイブリッド車両の電気システムの構成を示すブロック図である。図8を参照して、実施の形態2におけるハイブリッド車両は、図2に示したハイブリッド車両100の構成において、エコモードスイッチ145をさらに含み、ECU15に代えてECU15Aを含む。
エコモードスイッチ145は、通常モードおよび節約モードのいずれかを運転者が選択するためのスイッチである。エコモードスイッチ145がオンされると、節約モードが選択される。そして、ECU15Aは、エコモードスイッチ145がオンされているとき、EV走行モードであれば、エコモードスイッチ145のオフ時(通常モード時)に対してシステム電圧VHの設定を低くする。これにより、EV走行モード時に燃費向上を優先させるかドライバビリティを優先させるかを運転者が選択することができる。なお、ECU15Aのその他の機能は、実施の形態1におけるECU15と同じである。
図9は、実施の形態2におけるシステム電圧VHの設定処理に関する一連の処理手順を説明するためのフローチャートである。なお、このフローチャートの処理も、一定時間毎または所定の条件が成立する毎にメインルーチンから呼び出されて実行される。
図9を参照して、このフローチャートは、図4に示したフローチャートにおいて、ステップS25をさらに含む。すなわち、ステップS10において走行モードはEV走行モードであると判定されると(ステップS10においてNO)、ECU15Aは、エコモードスイッチ145がオンされているか否かを判定する(ステップS25)。
そして、エコモードスイッチ145がオンされていると判定されると(ステップS25においてYES)、ECU15Aは、ステップS30へ処理を移行し、システム電圧VHをEV走行モード用の値に設定する。一方、ステップS25においてエコモードスイッチ145はオフされていると判定されると(ステップS25においてNO)、ECU15Aは、ステップS50へ処理を移行する。
なお、ステップS25においてエコモードスイッチ145がオフされていると判定されたとき、ステップS50へ処理を移行する代わりに別のシステム電圧VHを設定するようにしてもよい。なお、この場合も、システム電圧VHは、ステップS30において設定される電圧よりも高い電圧に設定される。
なお、上記においては、HV走行モード時は、エコモードスイッチ145のオン/オフによって特にシステム電圧VHの設定を変更しないものとしたが、HV走行モード時においても、エコモードスイッチ145がオンされると、エコモードスイッチ145のオフ時(通常モード時)に対してシステム電圧VHの設定を下げてもよい。但し、上述のように、HV走行モード時のシステム電圧VHは、モータジェネレータMG1の回転数等により制約されるので、HV走行モード時はEV走行モード時ほどシステム電圧VHの設定を低くすることはできない。したがって、HV走行モード時にエコモードスイッチ145がオンされたときのシステム電圧VHの低下率は、EV走行モード時にエコモードスイッチ145がオンされたときの低下率よりも小さいことが好ましい。言い換えると、この実施の形態2では、EV走行モード時にエコモードスイッチ145がオンされたときのシステム電圧VHの低下率は、HV走行モード時にエコモードスイッチ145がオンされたときの低下率よりも大きい。
なお、特に図示しないが、実施の形態1の変形例と同様に、この実施の形態2においても、エコモードスイッチ145がオンされているとき、EV走行モードであれば、エコモードスイッチ145のオフ時(通常モード時)に対してシステム電圧VHの上限設定を低くするようにしてもよい。
以上のように、この実施の形態2によれば、運転者が操作可能なエコモードスイッチ145を設けたので、燃費向上とドライバビリティとの優先度合いを運転者が選択することができる。
[実施の形態3]
図10は、モータジェネレータMG2の速度−トルク特性を示した図である。図10を参照して、曲線k1〜k3は、それぞれシステム電圧VHがV1〜V3(V1>V2>V3)のときの特性を示す。
図10に示されるように、システム電圧VHを変化させても、モータジェネレータMG2が出力可能な最大トルクはTmaxまでである。したがって、たとえばモータ回転数がN1以下のときは、システム電圧VHをV3(曲線k3)まで昇圧すればモータジェネレータMG2の最大トルクを出力可能であり、V3よりも高い昇圧は無駄な昇圧と言える。
そこで、この実施の形態3では、車両の駆動力を発生するモータジェネレータMG2の回転速度によってシステム電圧VHの設定を変更し、無駄な昇圧を回避することによって燃費の改善が図られる。
この実施の形態3におけるハイブリッド車両の構成は、図1,2に示した実施の形態1におけるハイブリッド車両100と同じである。
図11は、実施の形態3におけるシステム電圧VHの設定処理に関する一連の処理手順を説明するためのフローチャートである。なお、このフローチャートの処理も、一定時間毎または所定の条件が成立する毎にメインルーチンから呼び出されて実行される。
図11を参照して、ECU15は、走行モードがHV走行モードか否かを判定する(ステップS110)。なお、このステップS110は、走行モードを判定するための処理であり、走行モードがEV走行モードか否かを判定してもよい。
ステップS110において走行モードはHV走行モードであると判定されると(ステップS110においてYES)、ECU15は、モータジェネレータMG2の回転速度が予め定められたしきい値Aよりも高いか否かを判定する(ステップS120)。そして、モータジェネレータMG2の回転速度がしきい値Aよりも高いと判定されると(ステップS120においてYES)、ECU15は、システム電圧VHをHV走行モード用の第1の値VH1に設定する(ステップS130)。一方、モータジェネレータMG2の回転速度がしきい値A以下であると判定されると(ステップS120においてNO)、ECU15は、システム電圧VHをHV走行モード用の第2の値VH2(<VH1)に設定する(ステップS130)。
また、ステップS110において走行モードはEV走行モードであると判定されると(ステップS110においてNO)、ECU15は、モータジェネレータMG2の回転速度が予め定められたしきい値Bよりも高いか否かを判定する(ステップS150)。そして、モータジェネレータMG2の回転速度がしきい値Bよりも高いと判定されると(ステップS150においてYES)、ECU15は、システム電圧VHをEV走行モード用の第1の値VH3に設定する(ステップS160)。一方、モータジェネレータMG2の回転速度がしきい値B以下であると判定されると(ステップS150においてNO)、ECU15は、システム電圧VHをEV走行モード用の第2の値VH4(<VH3)に設定する(ステップS170)。
なお、上記においては、各走行モードにおいてシステム電圧VHの設定を2段階に分けるものとしたが、モータジェネレータMG2の回転速度によってより多段階化してもよいし、回転速度に従ってシステム電圧VHを変化させてもよい。
また、モータジェネレータMG2の回転速度に代えて、車両の走行速度によってシステム電圧VHの設定を変更するようにしてもよい。
また、実施の形態1の変形例と同様に、この実施の形態3においても、各走行モードにおいて、モータジェネレータMG2の回転速度によってシステム電圧VHの上限設定を変更するようにしてもよい。
以上のように、この実施の形態3によれば、モータジェネレータMG2の回転速度によってシステム電圧VHの設定を可変としたので、無駄な昇圧を回避することにより燃費を改善することができる。
[実施の形態3の変形例1]
この変形例1では、モータジェネレータMG2の回転速度または車両速度に代えて、車両の駆動力によってシステム電圧VHの設定が変更される。
図12は、実施の形態3の変形例1におけるシステム電圧VHの設定処理に関する一連の処理手順を説明するためのフローチャートである。なお、このフローチャートの処理も、一定時間毎または所定の条件が成立する毎にメインルーチンから呼び出されて実行される。
図12を参照して、このフローチャートは、図11に示したフローチャートにおいて、ステップS120,S150に代えてそれぞれステップS122,S152を含む。すなわち、ステップS110において走行モードはHV走行モードであると判定されると(ステップS110においてYES)、ECU15は、車両駆動力が予め定められたしきい値Pd1よりも大きいか否かを判定する(ステップS122)。なお、車両駆動力には、アクセル開度や車両速度等に基づいて算出される要求駆動力を用いることができる。
そして、車両駆動力がしきい値Pd1よりも大きいと判定されると(ステップS122においてYES)、ステップS130へ処理が移行され、システム電圧VHにHV走行モード用の第1の値VH1が設定される。一方、車両駆動力がしきい値Pd1以下であると判定されると(ステップS122においてNO)、ステップS140へ処理が移行され、システム電圧VHにHV走行モード用の第2の値VH2(<VH1)が設定される。
また、ステップS110において走行モードはEV走行モードであると判定されると(ステップS110においてNO)、ECU15は、車両駆動力が予め定められたしきい値Pd2よりも大きいか否かを判定する(ステップS152)。そして、車両駆動力がしきい値Pd2よりも大きいと判定されると(ステップS152においてYES)、ステップS160へ処理が移行され、システム電圧VHにEV走行モード用の第1の値VH3が設定される。一方、車両駆動力がしきい値Pd2以下であると判定されると(ステップS152においてNO)、ステップS170へ処理が移行され、システム電圧VHにEV走行モード用の第2の値VH4(<VH3)が設定される。
この変形例1によっても、実施の形態3と同様の効果が得られる。
[実施の形態3の変形例2]
この変形例2では、モータジェネレータMG2の回転速度または車両速度に代えて、モータジェネレータMG2の出力(パワー)によってシステム電圧VHの設定が変更される。
図13は、実施の形態3の変形例2におけるシステム電圧VHの設定処理に関する一連の処理手順を説明するためのフローチャートである。なお、このフローチャートの処理も、一定時間毎または所定の条件が成立する毎にメインルーチンから呼び出されて実行される。
図13を参照して、このフローチャートは、図11に示したフローチャートにおいて、ステップS120,S150に代えてそれぞれステップS124,S154を含む。すなわち、ステップS110において走行モードはHV走行モードであると判定されると(ステップS110においてYES)、ECU15は、モータジェネレータMG2の出力が予め定められたしきい値Pm1よりも大きいか否かを判定する(ステップS124)。
そして、モータジェネレータMG2の出力がしきい値Pm1よりも大きいと判定されると(ステップS124においてYES)、ステップS130へ処理が移行される。一方、モータジェネレータMG2の出力がしきい値Pm1以下であると判定されると(ステップS124においてNO)、ステップS140へ処理が移行される。
また、ステップS110において走行モードはEV走行モードであると判定されると(ステップS110においてNO)、ECU15は、モータジェネレータMG2の出力が予め定められたしきい値Pm2よりも大きいか否かを判定する(ステップS154)。そして、モータジェネレータMG2の出力がしきい値Pm2よりも大きいと判定されると(ステップS154においてYES)、ステップS160へ処理が移行される。一方、モータジェネレータMG2の出力がしきい値Pm2以下であると判定されると(ステップS154においてNO)、ステップS170へ処理が移行される。
この変形例2によっても、実施の形態3と同様の効果が得られる。
[実施の形態4]
図14は、実施の形態4におけるハイブリッド車両の電気システムの構成を示すブロック図である。図14を参照して、実施の形態4におけるハイブリッド車両の電気システムは、図2に示した電気システムの構成において、充電インレット90と、充電器92と、SMR106をさらに含み、ECU15に代えてECU15Bを含む。
充電インレット90は、車両外部の電源(以下「外部電源」とも称する。)に接続された充電ケーブル(図示せず)のコネクタを接続可能に構成される。そして、外部電源による蓄電装置10の充電時(以下「外部充電」とも称する。)、充電インレット90に接続される外部電源から電力を受け、その受けた電力を充電器92へ供給する。充電器92は、充電インレット90と蓄電装置10との間に設けられ、充電インレット90に接続される外部電源から供給される電力を蓄電装置10の電圧レベルに変換して蓄電装置10へ出力する。SMR106は、蓄電装置10と充電器92との間に設けられ、外部充電時にECU15Bからの指令に従ってオンされる。
ECU15Bは、外部充電時、充電器92を駆動するための信号を生成し、その生成した信号を充電器92へ出力する。また、ECU15Bは、蓄電装置10のSOCに基づいて、車両の運転モードの切替を制御する。具体的には、ECU15Bは、エンジンENGを停止しての走行を優先させる運転モード(以下「CD(Charge Depleting)モード」と称する。)とするか、それともエンジンENGを動作させて蓄電装置10のSOCを所定の目標に維持する運転モード(以下「CS(Charge Sustaining)モード」と称する。)とするかの切替を制御する。そして、ECU15Bは、上記の運転モードによっても、システム電圧VHの設定を変更する。なお、ECU15Bのその他の機能は、実施の形態1におけるECU15と同じである。
図15は、蓄電装置10のSOCの変化と運転モードとの関係を示した図である。図15を参照して、外部充電により蓄電装置10が満充電状態となった後(SOC=MAX)、走行が開始されるものとする。外部充電後、運転モードはCDモードに設定される。CDモードでの走行中は、車両の減速時等に回収される回生電力により一時的にSOCが増加することがあるものの、全体としては走行距離の増加に伴ないSOCは減少する。そして、時刻t1においてSOCがしきい値Sthに達すると、運転モードがCSモードへ切替わり、しきい値Sthの近傍にSOCが制御される。
CDモードでも、運転者によりアクセルペダルが大きく踏込まれたり、エンジン駆動タイプのエアコン動作時やエンジン暖機時などは、エンジンENGの動作が許容される。このCDモードは、蓄電装置10のSOCを維持することなく、基本的に蓄電装置10に蓄えられた電力をエネルギー源として車両を走行させる運転モードである。このCDモードの間は、結果的に充電よりも放電の割合の方が相対的に大きくなることが多い。一方、CSモードは、蓄電装置10のSOCを所定の目標に維持するために、必要に応じてエンジンENGを動作させてモータジェネレータMG1により発電を行なう運転モードであり、エンジンENGを常時動作させての走行に限定されるものではない。
すなわち、CDモードでは、EV走行モードが優先され、アクセルペダルが大きく踏込まれて大きな車両パワーが要求されるとHV走行モードに切替わる。また、CSモードでは、SOCを所定の目標に維持するために、HV走行モードとEV走行モードとの切替が繰返される。
そして、この実施の形態4では、さらに、CDモード時は、CSモード時に対してシステム電圧VHの設定が変更される。これにより、運転モードによってもシステム電圧VHの設定を最適化することができ、燃費向上をさらに図ることが可能となる。
図16は、実施の形態4におけるシステム電圧VHの設定処理に関する一連の処理手順を説明するためのフローチャートである。なお、このフローチャートの処理も、一定時間毎または所定の条件が成立する毎にメインルーチンから呼び出されて実行される。
図16を参照して、このフローチャートは、図4に示したフローチャートにおいて、ステップS5,S60をさらに含む。すなわち、ECU15Bは、まず、運転モードがCSモードか否かを判定する(ステップS5)。なお、このステップS5は、運転モードを判定するための処理であり、運転モードがCDモードか否かを判定してもよい。
そして、ステップS5において運転モードはCDモードであると判定されると(ステップS5においてNO)、ECU15Bは、システム電圧VHをCDモード用の値に設定する(ステップS60)。一方、ステップS5において運転モードはCSモードであると判定されると(ステップS5においてYES)、ECU15Bは、ステップS10へ処理を移行する。
なお、特に図示しないが、実施の形態1の変形例と同様に、システム電圧VHの上限設定を変更するようにしてもよい。また、実施の形態3およびその変形例1,2のように、モータジェネレータMG2の回転速度や車両速度、車両駆動力、モータジェネレータMG2の出力等によってさらにシステム電圧VHの設定を変更するようにしてもよい。
以上のように、この実施の形態4によれば、さらにCDモードにおいても燃費を改善することができる。
なお、上記の各実施の形態においては、エンジンENGの動力を駆動軸およびモータジェネレータMG1の少なくとも一方へ出力するシリーズ/パラレル型のハイブリッド車両について説明したが、この発明は、その他の形式のハイブリッド車両にも適用可能である。すなわち、たとえば、モータジェネレータMG1を駆動するためにのみエンジンENGを用い、モータジェネレータMG2でのみ車両の駆動力を発生する、いわゆるシリーズ型のハイブリッド車両や、エンジンENGを主動力として必要に応じてモータがアシストするとともに、そのモータを発電機としても用いて蓄電装置10を充電可能な1モータ型のハイブリッド車両などにもこの発明は適用可能である。
但し、上記の各実施の形態において説明した2モータ型のハイブリッド車両においては、上述のように、HV走行モード時のシステム電圧VHは、発電機として作動するモータジェネレータMG1の回転数等により制約される。したがって、HV走行モード時は、モータジェネレータMG1の回転数等の制約を受けないEV走行モード時ほどシステム電圧VHの設定を低くすることはできない。このようなことから、EV走行モード時とHV走行モード時とでシステム電圧VHの設定を変更可能とした本発明は、2モータ型のハイブリッド車両に好適である。
なお、上記において、エンジンENGは、この発明における「内燃機関」の一実施例に対応し、モータジェネレータMG2は、この発明における「電動機」の一実施例に対応する。また、インバータ132は、この発明における「駆動装置」の一実施例に対応し、コンバータ110は、この発明における「電圧変換装置」の一実施例に対応する。さらに、ECU15,15A,15Bは、この発明における「制御装置」の一実施例に対応し、エコモードスイッチ145は、この発明における「入力装置」の一実施例に対応する。
今回開示された実施の形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施の形態の説明ではなくて請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
10 蓄電装置、15,15A,15B ECU、17 各種センサ出力、20 PCU、30 動力出力装置、35 アクセルペダル、40 ディファレンシャルギヤ、50L,50R 前輪、60L,60R 後輪、90 充電インレット、92 充電器、100 ハイブリッド車両、105,106 SMR、110 コンバータ、120 コンデンサ、131,132 インバータ、140 コンバータ/インバータ制御部、145 エコモードスイッチ、150 SOC算出部、152 走行モード制御部、154 システム電圧制御部、MG1,MG2 モータジェネレータ、ENG エンジン。

Claims (15)

  1. 車両駆動力を発生する内燃機関(ENG)および電動機(MG2)と、
    蓄電装置(10)と、
    前記電動機を駆動する駆動装置(132)と、
    前記駆動装置と前記蓄電装置との間に設けられ、前記駆動装置の入力電圧を前記蓄電装置の電圧よりも高い電圧に昇圧するように構成された電圧変換装置(110)と、
    前記電圧変換装置を制御する制御装置(15)とを備え、
    前記制御装置は、前記内燃機関を停止して走行する第1の走行モード(EV走行モード)時は、前記内燃機関を動作させて前記内燃機関および前記電動機を用いて走行する第2の走行モード(HV走行モード)時に対して前記入力電圧の設定を変更する、ハイブリッド車両。
  2. 前記制御装置は、前記第1の走行モード時は、前記第2の走行モード時よりも前記入力電圧が低くなる傾向に前記入力電圧を設定する、請求項1に記載のハイブリッド車両。
  3. 前記制御装置は、前記第1の走行モード時は、前記第2の走行モード時に対して前記入力電圧の上限設定を変更する、請求項1に記載のハイブリッド車両。
  4. 前記制御装置は、前記第1の走行モード時は、車両駆動力を発生している前記電動機の運転状態が同じ場合の前記第2の走行モード時よりも前記入力電圧を低く設定する、請求項1に記載のハイブリッド車両。
  5. 前記制御装置は、さらに、前記内燃機関を停止しての走行を優先させる第1の運転モード(CDモード)時は、前記内燃機関を用いて発電することにより前記蓄電装置の充電状態を維持する第2の運転モード(CSモード)時に対して前記入力電圧の設定を変更する、請求項1に記載のハイブリッド車両。
  6. 通常モードおよび節約モードのいずれかを運転者が選択するための入力装置(145)をさらに備え、
    前記制御装置は、前記入力装置によって前記節約モードが選択されると、前記入力電圧の設定を前記通常モード時の設定以下に変更し、
    前記第1の走行モード時に前記節約モードが選択されたときの前記入力電圧の低下率は、前記第2の走行モード時に前記節約モードが選択されたときの前記低下率よりも大きい、請求項1に記載のハイブリッド車両。
  7. 前記制御装置は、前記第1および第2の走行モード時の各々において、前記電動機の回転速度によって前記入力電圧の設定をさらに変更する、請求項1に記載のハイブリッド車両。
  8. 前記制御装置は、前記第1および第2の走行モード時の各々において、車両駆動力によって前記入力電圧の設定をさらに変更する、請求項1に記載のハイブリッド車両。
  9. 前記制御装置は、前記第1および第2の走行モード時の各々において、前記電動機の出力によって前記入力電圧の設定をさらに変更する、請求項1に記載のハイブリッド車両。
  10. 前記電動機の力行動作時に、前記内燃機関により駆動されて発電し前記蓄電装置へ給電可能な発電機(MG1)をさらに備える、請求項1に記載のハイブリッド車両。
  11. ハイブリッド車両の制御方法であって、
    前記ハイブリッド車両(100)は、
    車両駆動力を発生する内燃機関(ENG)および電動機(MG2)と、
    蓄電装置(10)と、
    前記電動機を駆動する駆動装置(132)と、
    前記駆動装置と前記蓄電装置との間に設けられ、前記駆動装置の入力電圧を前記蓄電装置の電圧よりも高い電圧に昇圧するように構成された電圧変換装置(110)とを備え、
    前記制御方法は、
    前記内燃機関を停止して走行する第1の走行モード(EV走行モード)用の前記入力電圧を設定する第1のステップと、
    前記内燃機関を動作させて前記内燃機関および前記電動機を用いて走行する第2の走行モード(HV走行モード)用の前記入力電圧を設定する第2のステップとを含む、ハイブリッド車両の制御方法。
  12. 前記第1の走行モード用の前記入力電圧は、前記第2の走行モード用の前記入力電圧よりも低くなる傾向に設定される、請求項11に記載のハイブリッド車両の制御方法。
  13. 前記第1のステップは、前記第1の走行モード用の前記入力電圧の上限を設定するステップを含み、
    前記第2のステップは、前記第2の走行モード用の前記入力電圧の上限を設定するステップを含む、請求項11に記載のハイブリッド車両の制御方法。
  14. 前記第1の走行モード用の前記入力電圧は、車両駆動力を発生している前記電動機の運転状態が同じ場合の前記第2の走行モード用の前記入力電圧よりも低く設定される、請求項11に記載のハイブリッド車両の制御方法。
  15. 前記内燃機関を停止しての走行を優先させる第1の運転モード(CDモード)用の前記入力電圧を設定するステップをさらに含み、
    前記第1および第2のステップは、前記内燃機関を用いて発電することにより前記蓄電装置の充電状態を維持する第2の運転モード(CSモード)時に実行される、請求項11に記載のハイブリッド車両の制御方法。
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