JP2005137107A - ハイブリッド車両の起動制御装置及び方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 モータ誘起電圧による強電回路損傷を防止しつつ、IGN-SWオンから車両発進可能となるまでの起動時間を短縮する。
【解決手段】 IGN-SWのスタート時、ハイブリッドコントローラ１１、エンジンコントローラ１０、トランスミッションコントローラ９、モータコントローラ１２、バッテリコントローラ１３は、それぞれ初期動作を行い、各システムを起動する。エンジン１等の起動が完了した時点で、車速制限付きで車両の発進をハイブリッドコントローラ１１が許可し、車両が走行開始すると、モータ３も回転し、回転速度に応じた誘起電圧がモータに発生するが、車速制限があるので、強電回路の使用可能電圧範囲は超えない。強電系起動完了後は、モータコントローラ１２による弱め界磁制御によりモータ誘起電圧を抑制し、車速制限を解除し、エンジン１とモータ３によるハイブリッド走行を行なう。
【選択図】 図１

Description

本発明は、ハイブリッド車両の起動制御装置及び方法に関するものである。

近年、社会的要請として環境負荷を低減するため、好燃費、低公害なハイブリッド車両の開発が求められるようになってきている。ハイブリッド車両には、エンジン、高電圧バッテリ及び走行用モータが搭載されており、エンジンの駆動力、モータの駆動力、バッテリへの充電を走行状態に応じて、組み合せて制御することにより、結果としてエネルギー効率を向上させている。

エンジンとモータが互いに接続された構成のハイブリッド車両では、エンジンが回転するとモータも一緒に回転する。一般にモータ誘起電圧は、モータ回転数に比例して高くなる。

このため、車両の高速走行時のモータ連れ回りにより、モータ誘起電圧がバッテリ電圧よりも高くなるのを、モータを弱め界磁制御することにより防止する技術が開示されている。
特開２０００−３５４３０５号公報。

ここで、モータの弱め界磁制御とは、モータ界磁磁束を弱める向きに電流を流すことで、モータ誘起電圧を低下させ、高速回転を実現するモータ制御方式である。

上記文献に開示された技術は、モータ誘起電圧がバッテリ電圧より低い場合は、インバータ装置の全ゲートをOFFにしても、フリーホイールダイオードを通してバッテリに充電電流が流れないため、弱め界磁制御を停止し電力消費を低減するものである。

ハイブリッド車両では、車両起動時に車両の高電圧強電回路が正常であることを確認するためのチェック時間が必要となり、一般にこのチェック時間はエンジンを駆動源とした走行が可能となる時間より長く、従って上記チェック時間が経過するまで走行を許可しないようにすると、起動操作を行ってから走行が可能となるまでの時間が長くかかってしまう。

これを避けるためにエンジンによる走行が可能となった時点で走行を許可した場合には高電圧強電回路のチェックが終了していないため、モータの弱め界磁制御が行えず、車両に急発進が要求された場合には、モータの高い誘起電圧により、強電回路を構成するインバータのスイッチング素子や平滑用コンデンサ、リレー、ハーネス、バッテリなどを損傷する恐れがある。

本発明は、上記の事情に鑑みてなされたもので、モータ制御開始前のモータ誘起電圧による高電圧強電回路の保護を図るとともに、イグニッションキーONから車両発進可能となるまでの起動時間を短縮できるようにしたハイブリッド車両の起動制御装置及び方法を提供することを課題とする。

本発明は、車両の走行開始が入力された場合に、エンジンの起動及び強電系部品の起動を行い、エンジンの起動が完了した場合に、エンジン駆動力で、所定の設定車速以下となるようにエンジンを制御し、設定車速以下で走行しているときに、強電系部品の起動が完了した場合に、エンジンのみによる駆動力から、エンジンと前記モータ／ジェネレータによる駆動力に切り換えて走行すると共に、設定車速を解除するようにした。

本発明によれば、強電系部品の保護を図ることができると共に、走行開始が入力された場合に車両が走行可能となるまでの時間を早くすることができる。

以下本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
［実施の形態１］
図１はハイブリッド車両のシステム構成図で、エンジン１が発生する出力は、２経路に分割される。エンジン１が発生した出力の一方は、締結機構２及びモータ３を介してトランスアクスル１８へと出力され、このトランスアクスル１８からの出力（駆動力）が、左右の前輪軸を介して、車輪１９に伝達される。

エンジン１が発生した出力の他方は、ジェネレータ５へと出力され、このエンジン１からの出力によりジェネレータ５が発電を行い、発電された電力はＩＧＢＴ等のスイッチング素子からなるインバータ６を介して、モータ３へと供給され、モータ３が駆動する。

また、ジェネレータ５により発電された電力はインバータ６、強電リレー７を介してバッテリ８を充電する。なお、図中、太線は動力伝達を示し、２線細線は電力系伝達、１線細線は制御信号線を示す。

エンジン１はエンジンコントローラ１０を介してハイブリッドコントローラ１１に接続されている。

モータ３はネオジウム磁石からなるロータを有する走行用のモータであり、インバータ６及びモータコントローラ１２を介してハイブリッドコントローラ１１に接続されている。

またモータ３は、インバータ６、強電リレー７を介して走行駆動用の主電源であるバッテリ８と接続されている。また、モータコントローラ１２には、回転速度検知部４で検知したモータ３の回転速度が入力される。

また、ハイブリッドコントローラ１１には、バッテリコントローラ１３が検知するバッテリ８の状態が入力される。

さらに、ハイブリッドコントローラ１１には、車輪１９の回転から走行車速を検知する車速検知部１４、シフトレバーのポジションから走行レンジを検知するシフト位置検知部１５、アクセルペダルの踏み込み量を検知するアクセル開度検知部１６及びブレーキペダルの踏み込み量を検知するブレーキ検知部１７が接続されて、走行車速、走行レンジ、アクセル踏み込み量、ブレーキ踏み込み量がハイブリッドコントローラ１１へ入力される。

なお、トランスミッションコントローラ９はエンジンコトローラ１０とトランスアクスル１８に接続されている。

上記のように構成されたハイブリッド車両において、ハイブリッドコントローラ１１がハイブリッド車両全体の制御を受け持ち、エンジンコトローラ１０はエンジン１の制御を、モータコントローラ１２はインバータ６及びモータ３の制御を、バッテリコントローラ１３はバッテリ８の制御を行なう。

エンジン出力とモータ出力はクラッチ等の締結機構２を通して合算され、トランスアクスル１８を通じて車輪１９を回転させる。

図２、図３はハイブリッド車両の起動シーケンスを示し、図２はエンジンコントローラ１０のフローチャート、図３はモータコントローラ１２のフローチャートである。

まず、図２のエンジンコントローラ１０のフローチャートについて述べる。ステップＳ１でイグニッションスイッチ（IGN-SW）がオンされると、ステップＳ２で初期化される。その後、ステップＳ３で予め設定された車速制限値を設定すると共に、ハイブリッドコントローラ１１へ送信する。

次に、エンジン１、トランスミッション、ハイブリッドコントローラ１１を介して送信される各種検知部１４〜１７のセンサ類の機能確認をステップＳ４で行なう。この機能確認の結果、各種検知部１４〜１７が、正常であると判断されると、エンジン１を図示しないスタータで始動させると共に、トランスアクスル１８の油圧機構に対する油圧充填をステップＳ６で開始する。

その後、ステップＳ７でエンジン１が所定回転数に到達し、エンジン１が完爆となったなら、トランスアクスル１８の油圧が所定油圧以上となるまで油圧充填を行う（ステップＳ８）。

油圧充填によりエンジンミッション系の制御準備がステップＳ９で完了し、その制御準備完了の判断がステップＳ１０で行なわれる。ステップＳ１０で制御準備完了が肯定なら、ハイブリッドコントローラ１１へ車両走行の許可をステップＳ１１で与える。

次に、図３を用いてモータコントローラ１２のフローチャートを説明する。ステップＳ１１でイグニッションスイッチがオンされたことが検出されると、ステップＳ１２で初期化が行われ、ステップＳ１３でハイブリッドコントローラ１１より送信された車速制限値に基づいて車速制限が設定される。

次にステップＳ１４において強電リレー７をオフとしたままの状態で、図示しない強電遮断リレーの動作チェック、バッテリ８の各セル電圧チェック、インバータ電圧チェックの機能確認を行なう。

この機能確認の結果、各種チェック結果が正常であると判断されると、インバータ６に設けられている平滑用コンデンサ（不図示）への充電を開始し（ステップＳ１６）、充電後、強電リレー７をオンする（ステップＳ１７）。

強電リレー７のオンによりバッテリコントローラ１３より送信されるバッテリ電圧や、モータコントローラ１２で検出するモータ３、インバータ６の各部位の電圧等の正常確認をステップＳ１８で行なう。この確認で強電系のモータ制御準備が完了する（ステップＳ１９）。この準備が完了したなら、車速制限を解除し（ステップＳ２０）、モータ制御の開始が可能であることをハイブリッドコントローラ１１へ通知し、モータ制御を開始する（ステップＳ２１）。

図４はハイブリッド車両のトルク制御ブロック線図で、ハイブリッドコントローラ１１は、アクセル開度と車速に応じて、モータトルク指令及びエンジントルク指令を算出する。モータトルク指令は、モータコントローラ１２に供給され、モータコントローラ１２は、供給されたモータトルクが得られるようにインバータ６を介してモータ３を制御する。また、エンジントルク指令は、エンジンコトローラ１０に供給され、エンジンコントローラ１０は、供給されたエンジントルクが得られるようにエンジン１を制御する。エンジン１及びモータ３によって得られたトルクは締結機構２を介して車輪１９に伝達される。

次に図５により車速制限の設定について述べる。図５は、モータ誘起電圧がモータ回転数に比例することを示すグラフで、このグラフから強電回路の使用可能上限電圧に達するモータ回転数を車速に換算し、この換算した車速を制限車速として用いる。

図６は強電回路を示す回路構成図で、強電回路の使用可能上限電圧は、スイッチング素子、平滑用コンデンサ、リレー、ハーネス、バッテリ等の強電システムのうち、最も使用可能上限電圧が低い部品に合わせて設定する。

図６（ａ）は強電回路におけるインバータ６の回路構成図、（ｂ）はインバータ６における全ゲートオフ時の回路構成図であり、インバータ６は、IGBT等からなるスイッチング素子３２ｘ〜３２ｚ，３４ｘ〜３４ｚ、フリーホイールダイオード３３ｘ〜３３ｚ、３５ｘ〜３５ｚ、平滑用コンデンサ３１から構成される。

なお、インバータ６は、スイッチング素子３２ｘ〜３２ｚ、３４ｘ〜３４ｚのゲート端子へ図示しないゲート回路からのゲート信号を入力することにより制御する。

そして、モータ３の制御停止中は、インバータ６のスイッチング素子３２ｘ〜３２ｚ、３４ｘ〜３４ｚの全てのゲート端子をオフとしているため、フリーホイールダイオード３３ｘ〜３３ｚ、３５ｘ〜３５ｚを通して、モータ誘起電圧により平滑用コンデンサ３１が充電される。

なお、誘起電圧が回路構成部品（スイッチング素子、平滑用コンデンサ等）の使用上限電圧を越えると、上記部品は、絶縁破壊や短絡などにより損傷して使用不能になってしまう。

上記した車速制限時は、エンジン駆動力のみで動作し、モータ制御は行なわないので、モータ駆動力はゼロである。このため、エンジン駆動力は、例えば、図７に示すように車速に応じてエンジン駆動力を制限するリミッタを用いて、前進時と後退時に車速制限をかける。

車速制限時の車両駆動力は、エンジン駆動力分のみである。このため、強電回路の制御準備が完了した場合に、図７に示す制限速度以下であれば、モータ制御をオンに切替が可能であるが、エンジン駆動力のみによる走行状態からいきなりモータ駆動力を付加した走行状態へと移行すると、トルクショックを発生するため、モータ駆動力は、乗員へ違和感を生じさせないようにする必要がある。

図８は、アクセル開度と車両駆動力分担の関係の一例を示す図であり、モータ制御がオフでエンジン駆動力のみで車両が走行しており、図８のA点で動作しているとする。この状態から、モータ制御をオンした場合、破線で示すモータ駆動力分が加算され、動作点がB点に移り、運転者の意図しない駆動力アップが生じてしまう。

このことを防止するために、モータ制御をオンにした時に、図９に示すように、モータ駆動力を追加する。以下、図９のグラフと図１０に示すフローチャートによりモータ駆動力を追加する方法について説明する。

図９において、エンジン駆動力のみで走行中に、実線で示すエンジン駆動力目標線上の動作点Aにてモータ制御が可能となった時、アクセル開度が開くまではエンジン駆動力のみで動作する。（図１０のステップＳ１０１）
ただし、アクセル開度がゼロ、トランスミッションのシフト位置がPまたはNレンジの場合は、駆動力が車輪に伝達されていないため、直ちにモータ駆動力を使用したハイブリッド走行に移行させる。（図１０のステップＳ１０２，ステップＳ１０３）
ステップＳ１０２でアクセル開度が開くと、ステップＳ１０４の処理に移り、アクセル開度が増加したと判断された場合には、アクセル開度に基づく駆動力を演算し、エンジンとモータの合計駆動力の傾斜に沿って（図９のＡ点からＢ点に徐々に駆動力を増加）、エンジン駆動力を変えずに、モータ駆動力を追加する。

そして、アクセル開度が閉じると（ステップＳ１０６）、動作点は図９に示すようにＢ点からC点に移り、ステップＳ１０７の判断処理を行なって、モータ駆動力を保持したまま、エンジン駆動力を減少させ、モータ駆動力を、図示破線で示すモータ駆動力目標線上に移行させる（ステップＳ１０８）。

ステップＳ１０７の処理で、モータ駆動力がモータ駆動力目標線上より小さいか等しい時には、モータ及びエンジン駆動力とも目標線上で減少させる（ステップＳ１０９）。

なお、上記図１０のフローチャートは、モータ駆動力追加時に、モータ駆動力を、その駆動力目標線上に乗せるまでの間の動作である。また、減速発電時も同様の現象が起きるので、ブレーキがOFFされるのを待って、モータ減速駆動力を追加するように制御を行なう。このように制御することで、アクセル操作の際に、運転者に違和感を感じさせないで、モータ駆動力を追加できる。

［実施の形態２］
図１１は、本発明の実施の形態２を示すフローチャートで、図１１において、ステップＳ１１１でモータ３、インバータ６、強電リレー７、バッテリ８の機能を監視し、走行中にステップＳ１１２で強電フェイルセイフが発生したかを判断し、判断の結果、肯定なら、強電リレー７を遮断し、バッテリ８を強電回路から切り離す。このため、強電リレー７の遮断後は、モータ制御ができなくなるため、ステップＳ１１３で車速制限を設定する。

この車速制限を設定する際に、以下のようにして行なうので強電フェイルセイフ時の車両運転への影響を軽減することができる。このことは、強電フェイルセイフ時には、バッテリ８は、強電回路から切り離されるため、使用可能上限電圧は、バッテリ８を除いた、インバータのスイッチング素子、平滑用コンデンサ、リレー、ハーネス等の強電システムのうち、最も使用可能上限電圧が低い部品に合わせて設定する。

ここで、使用上限電圧が最も低い部品がバッテリであった場合、使用上限電圧が２番目に低い部品に合わせて制限車速を設定することできるようになるため、制限車速はより高速に設定できるようになる。このため、強電フェイルセイフ時の車両運転への影響を軽減することができるようになる。

実施の形態１では、モータ駆動力追加時に、モータ駆動力を、その目標駆動力に乗せるまでの間の動作であるとともに、また、減速発電時も同様の現象が起きるので、ブレーキがOFFされるのを待って、モータ減速駆動力を追加するように制御することで、アクセル操作の際に、運転者に違和感を感じさせないで、モータ駆動力を追加できる。

また、実施の形態２では、強電フェイルセイフ時に、バッテリが、強電回路から切り離されるため、使用可能上限電圧は、強電システムのうち、最も使用可能上限電圧が低い部品に合わせて設定するため、制限車速はより高速に設定できるようになり、強電フェイルセイフ時の車両運転への影響を軽減することができるようになる。

なお、特許請求の範囲の構成要件と、本実施の形態との対応関係は以下の通りである。

エンジン１がエンジンを、モータ３及びジェネレータ５がモータ／ジェネレータを、インバータ６がインバータを、バッテリ８がバッテリを構成する。

また、エンジンコントローラ１０、ハイブリッドコントローラ１１、モータコントローラ１２及びバッテリコントローラ１３が制御手段、起動制御手段、解除手段及びエンジン制御手段を、イグニッションスイッチが走行開始入力手段を構成する。

本発明の実施の形態を示すハイブリッド車両のシステム構成図。 車両起動シーケンスを示すエンジンコントローラのフローチャート。 車両起動シーケンスを示すモータコントローラのフローチャート。 ハイブリッド車両のトルク制御ブロック線図。 モータ誘起電圧とモータ回転数のグラフ。 強電回路の構成図。 駆動力制限リミッタを示すグラフ。 アクセル開度と駆動力分担を示すグラフ。 モータ駆動力の追加方法を説明するグラフ。 モータ駆動力の追加方法のフローチャート。 強電フェイルセイフ時の動作フローチャート。

符号の説明

１…エンジン
２…締結機構
３…モータ
４…回転速度検知部
５…ジェネレータ
６…インバータ
７…強電リレー
８…バッテリ
９…トランスミッションコントローラ
１０…エンジンコントローラ
１１…ハイブリッドコントローラ
１２…モータコントローラ
１３…バッテリコントローラ
１４…車速検知部
１５…シフト位置検知部
１６…アクセル開度検知部
１７…ブレーキ検知部
１８…トランスアクスル
１９…車輪
３１…平滑用コンデサ
３２ｘ〜３２ｚ，３４ｘ〜３４ｚ…スイッチング素子
３３ｘ〜３３ｚ，３５ｘ〜３５ｚ…フリーホイールダイオード

Claims (6)

1. エンジンと、
   このエンジンに連結され、前記エンジンによって連れ回されると共に、所定回転数以上では弱め界磁制御が行なわれるモータ／ジェネレータと、
   このモータ／ジェネレータにインバータを介して接続されるバッテリとからなる強電系回路と、
   前記エンジンと強電系部品を制御する制御手段と、
   を備えたハイブリッド車両の起動制御装置において、
   車両の走行開始を入力する走行開始入力手段と、
   前記走行開始が入力された場合に、前記エンジンの起動及び前記強電系部品の起動を行う起動制御手段と、
   前記エンジンの起動が完了した場合に、前記エンジンによる駆動力（以下エンジン駆動力と記す）で、所定の設定車速以下となるように前記エンジンを制御するエンジン制御手段と、
   前記エンジン制御手段により前記設定車速以下で走行しているときに、前記強電系部品の起動が完了した場合に、前記エンジンのみによる駆動力から、前記エンジンと前記モータ／ジェネレータによる駆動力（以下エンジン及びモータ駆動力と記す）に切り換えて走行すると共に、前記設定車速を解除する解除手段と、
   を備えたことを特徴とするハイブリッド車両の起動制御装置。
2. 前記解除手段は、アクセル開度を開く場合はエンジンとモータの合計駆動力に従って徐々にモータ駆動力を増加させ、アクセル開度を閉じる場合はモータ駆動力を保持したまま、エンジン駆動力を減少させ、モータ駆動力を予め設定した目標駆動力に従って移行させて、エンジン駆動力からエンジン及びモータ駆動力へと切り換えることを特徴とする請求項１項記載のハイブリッド車両の起動制御装置。
3. 前記解除手段は、ブレーキがオフされるのを待って、エンジン駆動力からエンジン及びモータ駆動力へと切り換えるように制御することを特徴とする請求項１記載のハイブリッド車両の起動制御装置。
4. アクセル開度がゼロ、トランスミッションのシフト位置がＰまたはＮレンジの場合、エンジン駆動力からエンジン及びモータ駆動力へと移行させることを特徴とする請求項２または３記載のハイブリッド車両の起動制御装置。
5. 少なくとも前記強電系部品が故障しているかを判断する故障判断手段を備え、
   前記故障判断手段により故障が判断された場合に、前記エンジン制御手段は、エンジン駆動力で所定の設定車速以下となるように前記エンジンを制御することを特徴とする請求項１記載のハイブリッド車両の起動制御装置。
6. エンジンと、
   このエンジンに連結され、前記エンジンによって連れ回されると共に、所定回転数以上では弱め界磁制御が行なわれるモータ／ジェネレータと、
   このモータ／ジェネレータにインバータを介して接続されるバッテリとからなる強電系部品と、前記エンジンと強電系部品を制御する制御手段とを有するハイブリッド車両の起動制御方法において、
   車両の走行開始が入力された場合に、前記エンジンの起動及び前記強電系部品の起動を行ない、
   前記エンジンの起動が完了した場合に、前記エンジンによる駆動力（以下エンジン駆動力と記す）で、所定の設定車速以下となるように前記エンジンを制御し、
   前記設定車速以下で走行しているときに、前記強電系部品の起動が完了した場合に、前記エンジンのみによる駆動力から、前記エンジンと前記モータ／ジェネレータによる駆動力（以下エンジン及びモータ駆動力と記す）に切り換えて走行すると共に、前記設定車速を解除することを特徴とするハイブリッド車両の起動制御方法。
   

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