JP2005146910A - ハイブリッド車両及びその制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】バッテリーの充電状態に関係なく触媒の暖気が終了まで車両をモータのみによって駆動する。
【解決手段】統合コントローラが、車両の外気温度とバッテリーのＳＯＣに応じて、駆動モータへの電力の出力を制限してバッテリーの電力を触媒の暖気のために優先的に利用するＥＶ走行モードと通常のＥＶ走行モードとを切り換え、触媒が触媒活性化温度になるのに応じて、ＨＥＶ走行モードで走行するように車両を制御する。これにより、バッテリーのＳＯＣに関係なく、触媒の暖気が完了まで車両を駆動モータのみによって駆動することができる。
【選択図】図４

Description

本発明は、ハイブリッド車両及びその制御方法に関し、より詳しくは、バッテリーの充電状態に係わらず、触媒の暖気が完了するまで車両をモータによって駆動することを可能にする技術に係わる。

従来より、エンジンを駆動せずバッテリーに蓄えられた電力のみでモータを駆動して走行するＥＶ走行モードと、エンジンを駆動した状態でエンジン又はモータの少なくとも一方を利用して走行するＨＥＶ走行モードとの間で走行モードを切り換えることにより走行するハイブリッド車両が知られている。

ところで、このようなハイブリッド車両の中には、エンジンの排出ガスを浄化する触媒を活性化するために触媒加熱ヒータを設け、走行開始時には、触媒加熱ヒータによって触媒を加熱し、触媒温度が設定温度以上になるのに応じて、エンジンを始動するようにしたものがある（例えば、特許文献１を参照）。
特開平５−３２８５２６号公報（［００２４］，［００２５］、図２）

しかしながら、触媒温度が設定温度以上になるのに応じてエンジンを始動するようにした場合には、触媒温度が設定温度に達するまでの間はモータを利用して車両を駆動することになるために、バッテリーの充電状態（ＳＯＣ：State Of Charge）が低レベルである時には、触媒の暖気が完了するまで車両を駆動することができない可能性があった。

本発明は、上述の課題を解決するためになされたものであり、その目的は、バッテリーの充電状態に関係なく、触媒の暖気が終了まで車両をモータによって駆動することが可能なハイブリッド車両及びその制御方法を提供することにある。

上述の課題を解決するために、本発明は、バッテリーの充電状態が所定の充電状態以上である場合、触媒を第１の暖気速度で所定温度まで加熱し、この触媒加熱中はエンジンを停止すると共に、モータにより車両を駆動し、バッテリーの充電状態が所定の充電状態未満である場合、第１の暖気速度よりも速い第２の暖気速度で触媒を所定温度まで加熱し、この触媒加熱中はエンジンを停止すると共に、バッテリーからモータへの電力出力を制限しながらモータにより車両を駆動するようにした。

本発明によれば、バッテリーの充電状態が所定の充電状態未満である場合、エンジンを停止すると共に、モータへの電力の出力を制限してバッテリーの電力を触媒の暖気のために優先的に利用するので、バッテリーの充電状態に関係なく、触媒の暖気が完了まで車両をモータのみによって駆動することができる。

本発明は、例えば図１に示すような、エンジン１を駆動せずに高電圧バッテリー４に蓄えられた電力のみで駆動モータ５を駆動して走行するＥＶ走行モードと、エンジン１を駆動した状態でエンジン１又は駆動モータ５の少なくとも一方を利用して走行するＨＥＶ走行モードとの間で走行モードを切り換えることにより走行するハイブリッド車両に適用することができる。以下、図面を参照して、本発明の一実施形態となるハイブリッド車両の構成及び動作について詳しく説明する。

〔ハイブリッド車両の構成〕
始めに、図１を参照して、本発明の一実施形態となるハイブリッド車両の構成について説明する。

本発明の一実施形態となるハイブリッド車両は、図１に示すように、エンジン１と、エンジン１の排出ガスを浄化する触媒２と、触媒２を加熱する触媒加熱機３と、車両内の各部に電力を供給したり、発電された電力を蓄える高電圧バッテリー４と、高電圧バッテリー４の電力を利用して車両を駆動したり、減速時に車両の運動エネルギーを回生して高電圧バッテリー４に電力を供給する駆動モータ５と、エンジン１と駆動モータ５を締結又は解放するクラッチ６と、無段変速機（ＣＶＴ：Continuously Variable automatic Transmission ）７とを主な構成要素として備える。なお、上記無段変速機（ＣＶＴ）７は、可変プーリに掛け回した金属ベルトから成り、エンジン１及び駆動モータ５の出力トルクは、無段変速機（ＣＶＴ）７，リダクションギヤ８，及びディファレンシャルギヤ９を介して車両の駆動輪１０に伝達される。

〔ハイブリッド車両の制御系〕
次に、図１を参照して、上記ハイブリッド車両の制御系の構成について説明する。

上記ハイブリッド車両の制御系は、図１に示すように、ＣＶＴコントローラ１１，駆動モータコントローラ１２，クラッチコントローラ１３，エンジンコントローラ１４，触媒加熱機コントローラ１５，バッテリーコントローラ１６，ナビゲーションコントローラ１７，及び統合コントローラ１８から成る。なお、バッテリーコントローラ１６，ナビゲーションコントローラ１７，及び統合コントローラ１８はそれぞれ、本発明に係る充電状態検出手段，予測手段，及び制御手段として機能する。

上記ＣＶＴコントローラ１１は、統合コントローラ１８の制御に従って、目標入力回転速度指令値と無段変速機（ＣＶＴ）７の入力側（駆動モータ５側）の回転速度とが等しくなるように、プライマリ圧とセカンダリ圧を油圧アクチュエータで調整して変速比を制御する。そして、ＣＶＴコントローラ１１は、無段変速機７の入力側の回転速度と出力側の回転速度から実変速比を演算し、演算結果を統合コントローラ１８に入力する。

上記駆動モータコントローラ１２は、統合コントローラ１８からのトルク指令値に基づいて、駆動モータ５の出力トルクを制御する。また、上記クラッチコントローラ１３は、統合コントローラ１８からのクラッチ締結指令に基づいて、クラッチ６の締結と解放を制御する。より具体的には、エンジン１の効率が悪くなる極低速走行時には、クラッチコントローラ１３は、クラッチ６を解放して駆動モータ５のみで車両を走行させる（ＥＶ走行モード）。また、減速時には、クラッチコントローラ１３は、クラッチ６を解放して駆動モータ５を発電機として働かせてエネルギーを回収する。また、全開加速時には、クラッチコントローラ１３は、クラッチ６を締結してエンジン１と駆動モータ５の両方で車両を走行させる（ＨＥＶ走行モード）。

上記エンジンコントローラ１４は、統合コントローラ１８からのエンジントルク指令値に基づきスロットル開度を制御してエンジン１の出力トルクを制御する。上記触媒加熱機コントローラ１５は、統合コントローラ１８からの加熱指令値に基づき触媒加熱機３を制御して、活性化するために触媒２を加熱する。上記バッテリーコントローラ１５は、高電圧バッテリー４の電圧値と電流値に基づいて、高電圧バッテリー４の充電状態（以下、ＳＯＣと略記）と放電可能電力を演算し、演算結果を統合コントローラ１８に入力する。

上記ナビゲーションコントローラ１７は、通信装置１９から受信した情報や車速信号からのデータに基づいて、車両の現在位置と進行方向を算出し、算出結果を液晶ディスプレイ２０に表示制御する。また、この実施形態では、ナビゲーションコントローラ１７は、統合コントローラ１８の制御に従って、通信装置１９を介して天気予報を受信し、受信した天気予報を統合コントローラ１８に入力することができるように構成されている。

上記統合コントローラ１８は、ＣＶＴコントローラ１１，駆動モータコントローラ１２，クラッチコントローラ１３，エンジンコントローラ１４，触媒加熱機コントローラ１５，バッテリーコントローラ１６，及びナビゲーションコントローラ１７の動作を制御することにより、車両全体の動作を制御する。また、この実施形態では、統合コントローラ１８は、本願発明に係る外気温度検出手段として機能する外気温センサー２１に接続され、車両の外気温度を検知することができるように構成されている。

〔ハイブリッド車両の動作〕
このような構成を有するハイブリッド車両では、高電圧バッテリー４のＳＯＣが設定値以上である場合、統合コントローラ１８が、図２において実線で示すように、（１）触媒活性化温度になるまで触媒２を暖機し、（２）触媒２の暖気中は、高電圧バッテリー４に蓄えられた電力のみで駆動モータ５を駆動して走行し（ＥＶ走行モード）、（３）暖気完了後は、エンジン１を駆動した状態でエンジン１又は駆動モータ５の少なくとも一方により走行する（ＨＥＶ走行モード）ように各部を制御する。一方、高電圧バッテリー４のＳＯＣが設定値未満である場合には、統合コントローラ１８は、図２において破線で示すように、（１）ＳＯＣが設定値以上である場合の暖気速度よりも速い速度で触媒２を触媒活性化温度になるまで暖気し、（２）触媒２の暖気中は、高電圧バッテリー４のＳＯＣが設定値以上である場合よりも低い電力の使用比率で駆動モータ５を駆動して走行し（ＥＶ走行）、（３）暖気完了後は、エンジン１を駆動した状態でエンジン１又は駆動モータ５の少なくとも一方により走行する（ＨＥＶ走行）ように各部を制御する。以下、図３に示すフローチャートを参照して、この制御を実行する際の統合コントローラ１８の動作について詳しく説明する。

図３に示すフローチャートは、ハイブリッド車両のイグニッションスイッチがオン状態になるのに応じて開始となり、この制御処理はステップＳ１の処理に進む。

ステップＳ１の処理では、統合コントローラ１８が、バッテリーコントローラ１６を制御することにより、高電圧バッテリー４のＳＯＣを検知する。これにより、このステップＳ１の処理は完了し、制御処理はステップＳ１の処理からステップＳ２の処理に進む。

ステップＳ２の処理では、統合コントローラ１８が、外気温センサー２１を制御することにより、車両の外気温度を検知する。これにより、このステップＳ２の処理は完了し、制御処理はステップＳ２の処理からステップＳ３の処理に進む。

ステップＳ３の処理では、統合コントローラ１８が、ステップＳ２の検知結果に従って、車両の外気温度が高温（High）領域内にあるか否かを判別する。そして、外気温度が高温（High）領域内にあると判別した場合、統合コントローラ１８は、制御処理をステップＳ３の処理からステップＳ６の処理に進める。一方、外気温度が高温（High）領域内にないと判別した場合には、統合コントローラ１８は、制御処理をステップＳ３の処理からステップＳ４の処理に進める。

ステップＳ４の処理では、統合コントローラ１８が、ステップＳ２の検知結果に従って、車両の外気温度が中温（Mid）領域内にあるか否かを判別する。そして、外気温度が中温（Mid）領域内にあると判別した場合、統合コントローラ１８は、制御処理をステップＳ４の処理からステップＳ７の処理に進める。一方、外気温度が中温（Mid）領域内にないと判別した場合には、統合コントローラ１８は、ステップＳ５の処理として車両の外気温度は低温（Low）領域内にあると判断した後、制御処理をステップＳ５の処理からステップＳ８の処理に進める。

ステップＳ６の処理では、統合コントローラ１８が、ステップＳ１の検知結果に従って、高電圧バッテリー４のＳＯＣが低（Low）レベル以上であるか否かを判別する。そして、判別の結果、ＳＯＣが低レベル以上であると判別した場合、統合コントローラ１８は、制御処理をステップＳ６の処理からステップＳ１０の処理に進める。一方、ＳＯＣが低レベル未満であると判別した場合には、統合コントローラ１８は、制御処理をステップＳ６の処理からステップＳ９の処理に進める。

ステップＳ７の処理では、統合コントローラ１８が、ステップＳ１の検知結果に従って、高電圧バッテリー４のＳＯＣが中（Mid）レベル以上であるか否かを判別する。そして、判別の結果、ＳＯＣが中レベル以上であると判別した場合、統合コントローラ１８は、制御処理をステップＳ６の処理からステップＳ１０の処理に進める。一方、ＳＯＣが中レベル未満であると判別した場合には、統合コントローラ１８は、制御処理をステップＳ６の処理からステップＳ９の処理に進める。

ステップＳ８の処理では、統合コントローラ１８が、ステップＳ１の検知結果に従って、高電圧バッテリー４のＳＯＣが高（High）レベル以上であるか否かを判別する。そして、判別の結果、ＳＯＣが高レベル以上であると判別した場合、統合コントローラ１８は、制御処理をステップＳ６の処理からステップＳ１０の処理に進める。一方、ＳＯＣが高レベル未満であると判別した場合には、統合コントローラ１８は、制御処理をステップＳ６の処理からステップＳ９の処理に進める。

ステップＳ９の処理では、統合コントローラ１８が、図２において破線で示すように、触媒加熱機コントローラ１５を制御して触媒２を通常の暖気速度よりも速い暖気速度で暖気すると共に、駆動モータコントローラ１２を制御して、駆動モータ５の使用比率を制限した状態で、エンジン１を駆動せずに高電圧バッテリー４に蓄えられた電力のみで駆動モータ５を駆動して走行するＥＶ走行を触媒暖気が完了するまで行う。これにより、このステップＳ９の処理は完了し、制御処理はステップＳ９の処理からステップＳ１１の処理に進む。

ステップＳ１０の処理では、統合コントローラ１８が、図２において実線で示すように、触媒加熱機コントローラ１５を制御して触媒２を通常の暖気速度で暖気すると共に、駆動モータコントローラ１２を制御してエンジン１を運転せずに高電圧バッテリー４に蓄えられた電力のみで駆動モータ５を駆動して走行するＥＶ走行を触媒暖気が完了するまで行う。これにより、このステップＳ１０の処理は完了し、制御処理はステップＳ１０の処理からステップＳ１１の処理に進む。

ステップＳ１１の処理では、統合コントローラ１８が、触媒２の温度が触媒活性化温度になるのに応じて、触媒加熱機コントローラ１５を制御して触媒２の暖気を完了する。これにより、このステップＳ１１の処理は完了し、制御処理はステップＳ１１の処理からステップＳ１２の処理に進む。

ステップＳ１２の処理では、統合コントローラ１８が、エンジン１を運転した状態でエンジン１又は駆動モータ５の少なくとも一方により走行するＨＥＶ走行を行う。これにより、このステップＳ１２の処理は完了し、一連の制御処理は終了する。

以上の説明から明らかなように、本発明の一実施形態となる制御処理では、統合コントローラ１８が、図４に示すように、車両の外気温度と高電圧バッテリー４のＳＯＣに応じて、駆動モータ５への電力の出力を制限して高電圧バッテリー４の電力を触媒２の暖気のために優先的に利用するＥＶ走行モードと通常のＥＶ走行モードとを切り換え、触媒２が触媒活性化温度になるのに応じて、ＨＥＶ走行モードで走行するように車両を制御するので、高電圧バッテリー４のＳＯＣに関係なく、触媒２の暖気が完了まで車両を駆動モータ５のみによって駆動することが可能になる。

なお、上記実施形態において、統合コントローラ１８は、車両のイグニッションスイッチがオン状態となった時に、高電圧バッテリー４のＳＯＣが常に目標値以上になっているように制御することが望ましい（ＳＯＣ制御処理）。このようなＳＯＣ制御処理によれば、上記制御処理を実行した際に、触媒２の暖気が完了するまで、車両を駆動モータ５のみによってより確実に駆動することができる。以下、図５に示すフローチャートを参照して、このＳＯＣ制御処理実行する際の統合コントローラ１８の動作について説明する。

図５に示すフローチャートは、車両の搭乗者がナビゲーションシステムを用いて車両の目的地を設定することで開始となり、このＳＯＣ制御処理はステップＳ２１の処理に進む。

ステップＳ２１の処理では、統合コントローラ１８が、ナビゲーションコントローラ１７を制御して、設定された目的地周辺の過去の気温データを読み込む。なお、この気温データは統合コントローラ１８内に記憶されているものとし、設定された目的地が過去に設定されたことがある場所である場合、後述するステップＳ２４，Ｓ２５の処理によって気温データが記憶されるので、統合コントローラ１８は記憶した気温データを読み込む。これにより、このステップＳ２１の処理は完了し、ＳＯＣ制御処理はステップＳ２１の処理からステップＳ２２の処理に進む。

ステップＳ２２の処理では、統合コントローラ１８が、ナビゲーションコントローラ１７を制御して、設定された目的地周辺の予報気温データを読み込む。これにより、このステップＳ２２の処理は完了し、ＳＯＣ制御処理はステップＳ２２の処理からステップＳ２３の処理に進む。

ステップＳ２３の処理では、統合コントローラ１８が、過去の気温データと予報気温データとを比較することにより、目的地周辺の過去の気温が予報気温より高いか否かを判別する。そして、目的地周辺の過去の気温が予報気温より低い場合、統合コントローラ１８は、ＳＯＣ制御処理をステップＳ２３の処理からステップＳ２５の処理に進める。一方、目的地周辺の過去の気温が予報気温より高い場合には、統合コントローラ１８は、ＳＯＣ制御処理をステップＳ２３の処理からステップＳ２４の処理に進める。

ステップＳ２４の処理では、統合コントローラ１８が、過去の気温データを消去して予報気温データを記憶し、予報気温データを次回のＳＯＣ制御処理時において読み込む気温データに設定する。これにより、このステップＳ２４の処理は完了し、ＳＯＣ制御処理はステップＳ２４の処理からステップＳ２６の処理に進む。

ステップＳ２５の処理では、統合コントローラ１８が、過去の気温データを次回のＳＯＣ制御処理時において読み込む気温データに設定する。これにより、このステップＳ２５の処理は完了し、ＳＯＣ制御処理はステップＳ２５の処理からステップＳ２６の処理に進む。

ステップＳ２６の処理では、統合コントローラ１８が、予報気温データに従って、設定された目的地に到着するまでに充電する高電圧バッテリー４のＳＯＣ（以下、目標ＳＯＣと表記）を設定する。具体的には、統合コントローラ１８は、予報気温が高温（High）領域内にある場合は目標ＳＯＣを低（Low）レベル以上、中温（Mid）領域内にある場合には目標ＳＯＣを中（Mid）レベル以上、低温（Low）領域内にある場合には目標ＳＯＣを高（High）レベル以上に設定する。これにより、このステップＳ２６の処理は完了し、ＳＯＣ制御処理はステップＳ２６の処理からステップＳ２７の処理に進む。

ステップＳ２７の処理では、統合コントローラ１８が、設定された目的地に到着するまでに高電圧バッテリー４のＳＯＣがステップＳ２６の処理において設定した目標ＳＯＣに到達するように発電量を増やしたＨＥＶ走行モードで走行を行う。これにより、統合コントローラ１８は、車両のイグニッションスイッチがオン状態となった時（＝次回走行時）、高電圧バッテリー４のＳＯＣが常に目標値以上になっているように制御することできる。

以上、本発明者によってなされた発明を適用した実施の形態について説明したが、この実施の形態による本発明の開示の一部をなす論述及び図面により本発明は限定されることはない。すなわち、上記実施の形態に基づいて当業者等によりなされる他の実施の形態、実施例及び運用技術等は全て本発明の範疇に含まれることは勿論であることを付け加えておく。

本発明の一実施形態となるハイブリッド車両の構成を示すブロック図である。 触媒の暖気が完了するまでの図１に示すハイブリッド車両の動作を説明するための図である。 触媒の暖気が完了するまでの図１に示すハイブリッド車両の動作の流れを示すフローチャート図である。 高電圧バッテリーの充電状態と車両の外気温度に応じてハイブリッド車両の走行モードを変化させる様子を説明するための図である。 高電圧バッテリーの充電状態を目的地周辺の予報気温に応じて制御する処理の流れを示すフローチャート図である。

符号の説明

１：エンジン
２：触媒
３：触媒加熱機
４：高電圧バッテリー
５：駆動モータ
１２：駆動モータコントローラ
１４：エンジンコントローラ
１５：触媒加熱機コントローラ
１６：バッテリーコントローラ
１７：ナビゲーションコントローラ
１８：統合コントローラ
１９：通信装置
２１：外気温センサー

Claims (6)

1. エンジンとモータとの少なくとも一方により駆動するハイブリッド車両であって、
   前記エンジンの排出ガスを浄化する触媒と、
   前記触媒を活性化するために触媒を加熱する触媒加熱手段と、
   前記モータに電力を供給するバッテリーと、
   前記バッテリーの充電状態を検出する充電状態検出手段と、
   前記バッテリーの充電状態が所定の充電状態以上である場合、触媒加熱手段により触媒を第１の暖気速度で所定温度まで加熱し、この触媒加熱中はエンジンを停止すると共に、モータにより車両を駆動し、
   前記バッテリーの充電状態が所定の充電状態未満である場合には、触媒加熱手段により触媒を第１の暖気速度よりも速い第２の暖気速度で所定温度まで加熱し、この触媒加熱中はエンジンを停止すると共に、バッテリーからモータへの電力出力を制限しながらモータにより車両を駆動する制御手段と
   を有することを特徴とするハイブリッド車両。
2. 車両の外気温度を検出する外気温度検出手段を備え、
   前記制御手段は、前記外気温度検出手段が検出した車両の外気温度に従って、前記所定の充電状態を変化させることを特徴とする請求項１に記載のハイブリッド車両。
3. 前記制御手段は、車両の外気温度が上昇するのに従って、前記所定の充電状態を低く設定することを特徴とする請求項２に記載のハイブリッド車両。
4. 前記車両が走行を開始する地点の気温を予測する予測手段を備え、
   前記制御手段は、予測手段が予測した気温に基づいて前記バッテリーの充電状態を設定し、前記車両が走行を開始する地点において設定された充電状態となるようにバッテリーの充放電制御を行うことを特徴とする請求項１から請求項３のうち、いずれか１項に記載のハイブリッド車両。
5. 前記予測手段は、通信手段を介して前記車両が走行を開始する地点の予測気温の情報を取得することを特徴とする請求項４に記載のハイブリッド車両。
6. エンジンとモータとの少なくとも一方により駆動するハイブリッド車両の制御方法であって、
   前記モータに電力を供給するバッテリーの充電状態が所定の充電状態以上であるか否かを判別するステップと、
   前記バッテリーの充電状態が所定の充電状態以上である場合、前記エンジンの排出ガスを浄化する触媒を第１の暖気速度で所定温度まで触媒加熱手段によって加熱制御し、触媒加熱中はエンジンを停止制御し、エンジンを停止制御している際はモータにより車両を駆動制御するステップと、
   前記バッテリーの充電状態が所定の充電状態未満である場合、前記触媒を第１の暖気速度よりも速い第２の暖気速度で所定温度まで前記触媒加熱手段によって加熱制御し、触媒加熱中はエンジンを停止制御し、エンジンを停止制御している際は、バッテリーからモータへの電力出力を制限しながらモータにより車両を駆動制御するステップと
   を有することを特徴とするハイブリッド車両の制御方法。

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