JP2006312352A - 駆動システムの制御装置 - Google Patents

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哲浩 石川
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Abstract

【課題】 制動時において、キャパシタを十分に充電する。
【解決手段】 ＥＣＵは、キャパシタの電圧値に基づいて、キャパシタ充電電力値（キャパシタに充電される電力値）Ｗ（１）を算出するステップ（Ｓ１０２）と、車両が制動時である場合（Ｓ１０４にてＹＥＳ）、回生電力値（回生制動時にＭＧ（２）で発電される電力値）Ｗ（２）を算出するステップ（Ｓ１０６）と、キャパシタ充電電力値Ｗ（１）が回生電力値Ｗ（２）よりも大きい場合（Ｓ１０８にてＹＥＳ）、エンジンを駆動するステップ（Ｓ１１２）と、エンジンの駆動力によりＭＧ（１）で発電するステップ（Ｓ１１４）と、ＭＧ（１）およびＭＧ（２）で発電された電力でキャパシタ９００を充電するステップ（Ｓ１１６）とを含む、プログラムを実行する。
【選択図】 図４

Description

本発明は、駆動システムの制御装置に関し、特に、車両の回生制動時において発電された電力を充電する技術に関する。
近年、環境問題対策の一環として、エンジンおよびモータの少なくともいずれか一方からの駆動力により走行するハイブリッド車が注目されている。このようなハイブリッド車においては、モータに供給する電力を蓄えるため、バッテリやキャパシタ（コンデンサ）などが搭載されている。
特開平８−２９６５３７号公報（特許文献１）は、制動時において発電された回生電力をキャパシタおよびバッテリに充電するリターダ装置を開示する。この公報に記載のリターダ装置は、機械駆動系に接続されたモータ／ジェネレータと、モータ／ジェネレータに接続されたバッテリを備え、制動時にモータ／ジェネレータを発電機として機能させて電力回生を行なう。モータ／ジェネレータには、さらに回生電力を蓄積するキャパシタが接続される。このリターダ装置は、制動時においてバッテリの端子間電圧がガッシング電圧以上となるように回生電力をバッテリに供給して充電する充電制御部を含む。充電制御部は、キャパシタの端子間電圧が予め定められた許容電圧以上となった場合にバッテリへの充電を行なう。
この公報に記載のリターダ装置によると、制動時の回生電力を利用してその端子間電圧がガッシング電圧以上となるようにリフレッシュ充電が行なわれる。これにより、車両外部から充電電力を供給することなくバッテリの長寿命化を図ることができる。また、制動時には回生電力をキャパシタにも供給され、キャパシタの端子間電圧が許容値以上となったときに、その余剰電力をバッテリに供給してリフレッシュ充電が行なわれる。これにより、余剰回生電力を利用してバッテリのリフレッシュ充電が可能となる。
特開平８−２９６５３７号公報
特開平８−２９６５３７号公報に記載のリターダ装置においては、キャパシタやバッテリに蓄えられた電力は、機関始動時および加速時にモータ／ジェネレータを電動機として機能させて、トルクアシストを行なうために用いられる。しかしながら、回生制動時において、常にキャパシタの端子間電圧が許容値以上となるような電圧、すなわちキャパシタが満充電状態になるような回生電力を得ることができるとは限らない。このような場合、たとえば回生制動後の再加速時において運転者の要求通りに車両を加速させるために必要な電力を、十分に充電することができないおそれがあるという問題点があった。
本発明は、上述の問題点を解決するためになされたものであって、その目的は、車両を加速させるために必要な電力を、制動時において十分に充電できる駆動システムの制御装置を提供することができる。
第１の発明に係る駆動システムの制御装置は、エンジンと、エンジンからの駆動力により発電する第１の回転電機と、車両の回生制動時に発電する第２の回転電機と、蓄電機構とを有し、蓄電機構から電力が供給された第１の回転電機および第２の回転電機の少なくともいずれか一方の駆動力により車両が走行する駆動システムを制御する。この制御装置は、蓄電機構に充電される電力値を算出するための手段と、第２の回転電機により発電される電力値を算出するための手段と、車両の回生制動時において、蓄電機構に充電される電力値が第２の回転電機により発電される電力値よりも大きい場合、エンジンを駆動することにより第１の回転電機で発電された電力を蓄電機構に充電するように、駆動システムを制御するための制御手段とを含む。
第１の発明によると、車両の回生制動時において、蓄電機構に充電される電力値が第２の回転電機により発電される電力値よりも大きい場合、エンジンを駆動することにより第１の回転電機で発電された電力が蓄電機構に充電される。これにより、回生制動時において、第２の回転電機で発電される電力（回生電力）により蓄電機構を十分に充電できない場合は、第１の回転電機で発電された電力により、さらに蓄電機構を充電することができる。そのため、制動後の再加速時において、蓄電機構から第１の回転電機および第２の回転電機の少なくともいずれか一方に電力を十分に供給して駆動力を発生させ、車両を加速させることができる。その結果、車両を加速させるために必要な電力を、制動時において十分に充電できる駆動システムの制御装置を提供することができる。
第２の発明に係る駆動システムの制御装置においては、第１の発明の構成に加え、蓄電機構は、キャパシタを含む。算出手段は、キャパシタに充電される電力値を算出するための手段を含む。制御手段は、車両の回生制動時において、キャパシタに充電される電力値が第２の回転電機により発電される電力値よりも大きい場合、エンジンを駆動することにより第１の回転電機で発電された電力をキャパシタに充電するように、駆動システムを制御するための手段を含む。
第２の発明によると、車両の回生制動時において、キャパシタに充電される電力値が第２の回転電機により発電される電力値よりも大きい場合、エンジンを駆動することにより第１の回転電機で発電された電力がキャパシタに充電される。これにより、回生制動時において、第２の回転電機より発電される電力（回生電力）によりキャパシタを十分に充電できない場合は、第１の回転電機で発電された電力により、さらにキャパシタを充電することができる。そのため、制動後の再加速時において、キャパシタから第１の回転電機および第２の回転電機の少なくともいずれか一方に電力を十分に供給して駆動力を発生させ、車両を加速させることができる。
第３の発明に係る駆動システムの制御装置においては、第２の発明の構成に加え、蓄電機構は、キャパシタに加え、バッテリを含む。制御装置は、車両の回生制動時において、キャパシタに充電される電力値が第２の回転電機により発電される電力値よりも小さい場合、第２の回転電機で発電された電力をキャパシタおよびバッテリに充電するための手段をさらに含む。
第３の発明によると、車両の回生制動時において、キャパシタに充電される電力値が第２の回転電機により発電される電力値よりも小さい場合、第２の回転電機で発電された電力がキャパシタおよびバッテリに充電される。これにより、キャパシタのみでは充電しきれない余剰電力をバッテリに充電することができる。
以下、図面を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明する。以下の説明では、同一の部品には同一の符号を付してある。それらの名称および機能も同一である。したがって、それらについての詳細な説明は繰返さない。
図１を参照して、本実施の形態に係る制御装置を搭載したハイブリッド車両について説明する。この車両は、エンジン１００と、ＭＧ（Motor Generator）（１）２００と、ＭＧ（２）３００と、動力分割機構４００と、インバータ（１）５００と、インバータ（２）６００、バッテリ７００と、コンバータ８００と、キャパシタ９００とを含む、この車両は、エンジン１００およびＭＧ（２）３００の少なくともいずれか一方からの駆動力により走行する。
エンジン１００、ＭＧ（１）２００およびＭＧ（２）３００は、動力分割機構４００を介して接続されている。エンジン１００が発生する動力は、動力分割機構４００により、２経路に分割される。一方は減速機を介して車輪（図示せず）を駆動する経路である。もう一方は、ＭＧ（１）２００を駆動させて発電する経路である。
ＭＧ（１）２００は、三相交流モータである。ＭＧ（１）２００は、動力分割機構４００により分割されたエンジン１００の動力により発電するが、ＭＧ（１）２００により発電された電力は、車両の走行状態や、バッテリ７００のＳＯＣ（State Of Charge）の状態に応じて使い分けられる。たとえば、通常走行時では、ＭＧ（１）２００により発電された電力はそのままＭＧ（２）３００を駆動させる電力となる。一方、バッテリ４００のＳＯＣが予め定められた値よりも低い場合、ＭＧ（１）２００により発電された電力は、インバータ５００により交流から直流に変換される。その後、コンバータ８００により電圧が調整されてバッテリ７００に蓄えられたり、電圧が調整されずにキャパシタ９００に蓄えられたりする。
ＭＧ（１）２００が発電機として作用している場合、ＭＧ（１）２００は負のトルクを発生している。ここで、負のトルクとは、エンジン１００の負荷となるようなトルクをいう。ＭＧ（１）２００が電力の供給を受けてモータとして作用している場合、ＭＧ（１）２００は正のトルクを発生する。ここで、正のトルクとは、エンジン１００の負荷とならないようなトルク、すなわち、エンジン１００の回転をアシストするようなトルクをいう。なお、ＭＧ（２）３００についても同様である。
ＭＧ（２）３００は、三相交流モータである。ＭＧ（２）３００は、バッテリ７００に蓄えられた電力、キャパシタ９００に蓄えられた電力およびＭＧ（１）２００により発電された電力のうちの少なくともいずれかの電力により駆動する。ＭＧ（２）３００には、インバータ（２）６００により直流から交流に変換された電力が供給される。
ＭＧ（２）３００の駆動力は、減速機を介して車輪に伝えられる。これにより、ＭＧ（２）３００はエンジン１００をアシストしたり、ＭＧ（２）３００からの駆動力により車両を走行させたりする。
一方、ハイブリッド車両が回生制動時には、減速機を介して車輪によりＭＧ（２）３００が駆動され、ＭＧ（２）３００が発電機として作動される。これによりＭＧ（２）３００は、制動エネルギを電力に変換する回生ブレーキとして作用する。ＭＧ（２）３００により発電された電力は、インバータ（２）６００を介してバッテリ７００に蓄えられたり、キャパシタ９００に蓄えられたりする。
バッテリ７００は、複数のバッテリセルを一体化したバッテリモジュールを、さらに複数直列に接続して構成された組電池である。バッテリ７００からの放電電圧およびバッテリ７００への充電電圧は、コンバータ８００により調整される。キャパシタ９００は、複数のセルを並列に接続して構成される。なお、耐電性能を高めるために、一部のセルを直列に接続してキャパシタ９００を構成してもよい。
エンジン１００、インバータ（１）５００、インバータ（２）６００およびコンバータ８００は、ＥＣＵ（Electronic Control Unit）１０００により制御される。ＥＣＵ１０００は、ＨＶ（Hybrid Vehicle）＿ＥＣＵ１０１０と、ＭＧ＿ＥＣＵ１０２０と、エンジンＥＣＵ１０３０とを含む。
ＨＶ＿ＥＣＵ１０１０には、温度センサ９０２からキャパシタ９００の温度を表す信号が、電圧計９０４からキャパシタ９００の電圧を表す信号が入力される。さらにＨＶ＿ＥＣＵ１０１０には、車速センサ２０００から車速を表す信号が、アクセル開度センサ２１００からアクセルペダル（図示せず）の開度を表す信号が、ブレーキ踏力センサ２２００からブレーキペダル（図示せず）の踏力を表す信号が入力される。
ＭＧ＿ＥＣＵ１０２０には、回転数センサ２０２からＭＧ（１）２００の回転数を表す信号が、回転数センサ３０２からＭＧ（２）３００の回転数を表す信号が入力される。エンジンＥＣＵ１０３０には、回転数センサ１０２からエンジン１００の回転数を表す信号が入力される。
ＨＶ＿ＥＣＵ１０１０、ＭＧ＿ＥＣＵ１０２０およびエンジンＥＣＵ１０３０は、相互に信号を送受信可能であるように接続されている。ＨＶ＿ＥＣＵ１０１０は、各ＥＣＵに入力された信号やメモリ（図示せず）に記憶されたプログラムおよびマップに基づいて、エンジン１００、ＭＧ（１）２００およびＭＧ（２）３００への要求出力値などを算出する。
ＭＧ＿ＥＣＵ１０２０は、ＭＧ（１）２００およびＭＧ（２）３００への要求出力値に基づいて、インバータ（１）５００およびインバータ（２）６００を制御することにより、ＭＧ（１）２００およびＭＧ（２）３００を制御する。エンジンＥＣＵ１０３０は、エンジン１００への要求出力値に基づいて、エンジン１００を制御する。
図２を参照して、動力分割機構４００についてさらに説明する。動力分割機構４００は、サンギヤ４０２と、ピニオンギヤ４０４と、キャリア４０６と、リングギヤ４０８とを含む遊星歯車から構成される。
ピニオンギヤ４０４は、サンギヤ４０２およびリングギヤ４０８と係合する。キャリア４０６は、ピニオンギヤ４０４が自転可能であるように支持する。サンギヤ４０２はＭＧ（１）２００の回転軸に連結される。キャリア４０６はエンジン１００のクランクシャフトに連結される。リングギヤ４０８はＭＧ（２）３００の回転軸および減速機１１００に連結される。
エンジン１００、ＭＧ（１）２００およびＭＧ（２）３００が、遊星歯車からなる動力分割機構４００を介して連結されることで、エンジン１００、ＭＧ（１）２００およびＭＧ（２）３００の回転数は、図３に示すように、共線図において直線で結ばれる関係になる。
図４を参照して、本実施の形態に係る制御装置であるＥＣＵ１０００が実行するプログラムの制御構造について説明する。
ステップ（以下、ステップをＳと略す）１００にて、ＥＣＵ１０００は、電圧計９０４から送信された信号に基づいて、キャパシタ９００の電圧値（システム電圧値）を検知する。
Ｓ１０２にて、ＥＣＵ１０００は、検知されたキャパシタ９００の電圧値に基づいて、キャパシタ充電電力値（キャパシタ９００に充電される電力値）Ｗ（１）を算出する。キャパシタ９００の電圧値が高いほど、キャパシタ充電電力値Ｗ（１）は低く算出される。
Ｓ１０４にて、ＥＣＵ１０００は、車両が制動時であるか否かを判別する。ＥＣＵ１０００は、ブレーキペダルが踏まれている場合、車両が制動時であると判別する。車両が制動時である場合（Ｓ１０４にてＹＥＳ）、処理はＳ１０６に移される。もしそうでないと（Ｓ１０４にてＮＯ）、この処理は終了する。
Ｓ１０６にて、ＥＣＵ１０００は、回生電力値（回生制動時にＭＧ（２）３００で発電される電力値）Ｗ（２）を算出する。回生電力値Ｗ（２）は、車速、アクセル開度、ブレーキ踏力などをパラメータとするマップに基づいて算出される。
Ｓ１０８にて、ＥＣＵ１０００は、キャパシタ充電電力値Ｗ（１）が回生電力値Ｗ（２）よりも大きいか否かを判別する。キャパシタ充電電力値Ｗ（１）が回生電力値Ｗ（２）よりも大きい場合（Ｓ１０８にてＹＥＳ）、処理はＳ１１０に移される。もしそうでないと（Ｓ１０８にてＮＯ）、処理はＳ１１８に移される。
Ｓ１１０にて、ＥＣＵ１０００は、エンジン要求出力値（エンジン１００の目標出力値）を算出する。エンジン要求出力値は、たとえばキャパシタ充電電力値Ｗ（１）から回生電力値Ｗ（２）を減算した値として算出される。
Ｓ１１２にて、ＥＣＵ１０００は、算出されたエンジン要求出力値になるように、エンジン１００を駆動する。このとき、エンジン１００の運転が停止している状態であれば、エンジン１００が始動される。Ｓ１１４にて、ＥＣＵ１０００は、ＭＧ（１）２００により電力を発電する。
Ｓ１１６にて、ＥＣＵ１０００は、ＭＧ（１）２００およびＭＧ（２）で発電された電力でキャパシタ９００を充電する。このとき、ＥＣＵ１０００からコンバータ８００への指令電圧値を、キャパシタ９００の電圧値よりも予め定められた値だけ大きくすることにより、ＭＧ（１）２００およびＭＧ（２）で発電された電力がキャパシタ９００に充電される。その後、この処理は終了する。Ｓ１１８にて、ＥＣＵ１０００は、ＭＧ（２）３００で発電された電力でバッテリ７００とキャパシタ９００とを充電する。その後、この処理は終了する。
以上のような構造およびフローチャートに基づく、本実施の形態に係る制御装置であるＥＣＵ１０００の動作について説明する。
車両の走行中において、電圧計９０４から送信された信号に基づいて、キャパシタ９００の電圧値が検知され（Ｓ１００）、検知されたキャパシタ９００の電圧値に基づいて、キャパシタ充電電力値Ｗ（１）が算出される（Ｓ１０２）。
車両が制動時である場合（Ｓ１０４にてＹＥＳ）、その後、車両が再加速することが考えられる。ここで、瞬間的な出力特性は、バッテリ７００よりもキャパシタ９００の方が優れているため、車両の加速時にはキャパシタ９００から優先的に電力を放電して、ＭＧ（２）３００を駆動することが望ましい。そのため、車両の制動時において、キャパシタ９００を十分に充電する必要がある。
車両の制動時において、キャパシタ９００を十分に充電することができるか否かを判別するため、回生電力値Ｗ（２）が算出され（Ｓ１０６）、キャパシタ充電電力値Ｗ（１）が回生電力値Ｗ（２）よりも大きいか否かが判別される（Ｓ１０８）。
図５の時間Ｔ（０）〜Ｔ（１）の期間において示すように、キャパシタ充電電力値Ｗ（１）が回生電力値Ｗ（２）よりも大きい場合（Ｓ１０８にてＹＥＳ）、回生電力のみでは、キャパシタ９００を十分に充電することができない。この場合、エンジン要求出力値が算出され（Ｓ１１０）、算出されたエンジン要求出力値になるように、エンジン１００が駆動される（Ｓ１１２）。このエンジン１００からの駆動力によりＭＧ（１）２００で電力が発電され（Ｓ１１４）、ＭＧ（１）２００およびＭＧ（２）３００で発電された電力でキャパシタ９００が充電される（Ｓ１１６）。
これにより、車両の制動後における加速のために必要な電力を十分に充電することができる。そのため、加速時において、キャパシタ９００からＭＧ（２）３００に十分な電力を供給して、レスポンスよく車両を加速させることができる。また、キャパシタ９００を充電するためにエンジン１００を駆動する期間を制動時に制限したことにより、エンジン１００の運転期間が不必要に長くなることを抑制し、燃費が悪化することを抑制することができる。
一方、図５の時間Ｔ（１）後の期間において示すように、キャパシタ充電電力値Ｗ（１）が回生電力値Ｗ（２）よりも小さい場合（Ｓ１０８にてＮＯ）、回生電力値Ｗ（２）のみでキャパシタ９００を十分に充電することができる。また、この場合は、キャパシタ９００のみでは発電された全ての回生電力を充電することができない。したがって、エンジン１００を駆動させずに、ＭＧ（２）３００で発電された回生電力がバッテリ７００とキャパシタ９００とに充電される。これにより、より多くの回生エネルギを回収することができる。
以上のように、本実施の形態に係る制御装置であるＥＣＵは、回生制動時において、キャパシタ充電電力値Ｗ（１）が回生電力値Ｗ（２）よりも大きい場合、エンジンを駆動してＭＧ（１）で発電を行なう。ＭＧ（１）およびＭＧ（２）で発電された電力により、キャパシタが充電される。これにより、制動後の加速のために必要な電力を、キャパシタに十分に充電することができる。
なお、本実施の形態においては、キャパシタ充電電力値Ｗ（１）が回生電力値Ｗ（２）よりも大きい場合、エンジン１００を駆動してＭＧ（１）２００で発電を行なっていたが、キャパシタ充電電力値Ｗ（１）とバッテリ充電電力（バッテリに充電される電力）との和が回生電力値Ｗ（２）よりも大きい場合、エンジン１００を駆動してＭＧ（１）２００で発電するようにしてもよい。この場合、エンジン要求出力値を、キャパシタ充電電力値Ｗ（１）とバッテリ充電電力（バッテリに充電される電力）との和から回生電力値Ｗ（２）を減算して算出するようにしてもよい。
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説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許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。
本発明の実施の形態に係る制御装置を搭載したハイブリッド車を示す構成概略図である。 動力分割機構を示す図である。 エンジン、ＭＧ（１）およびＭＧ（２）の回転数の関係を示す共線図（その１）である。 本発明の実施の形態に係る制御装置であるＥＣＵで実行されるプログラムの制御構造を示すフローチャートである。 キャパシタ充電電力値、回生電力値およびエンジン要求出力値の推移を示すタイミングチャートである。
符号の説明
１００ エンジン、１０２ 回転数センサ、２００ ＭＧ（１）、２０２ 回転数センサ、３００ ＭＧ（２）、３０２ 回転数センサ、４００ 動力分割機構、４０２ サンギヤ、４０４ ピニオンギヤ、４０６ キャリア、４０８ リングギヤ、５００ インバータ、７００ バッテリ、８００ コンバータ、９００ キャパシタ、９０２ 温度センサ、９０４ 電圧計、１０００ ＥＣＵ、１０１０ ＨＶ＿ＥＣＵ、１０２０ ＭＧ＿ＥＣＵ、１０３０ エンジンＥＣＵ、１１００ 減速機、２０００ 車速センサ、２１００
アクセル開度センサ、２２００ ブレーキ踏力センサ。

Claims (3)

  1. エンジンと、前記エンジンからの駆動力により発電する第１の回転電機と、車両の回生制動時に発電する第２の回転電機と、蓄電機構とを有し、前記蓄電機構から電力が供給された前記第１の回転電機および前記第２の回転電機の少なくともいずれか一方の駆動力により車両が走行する駆動システムの制御装置であって、
    前記蓄電機構に充電される電力値を算出するための手段と、
    前記第２の回転電機により発電される電力値を算出するための手段と、
    前記車両の回生制動時において、前記蓄電機構に充電される電力値が前記第２の回転電機により発電される電力値よりも大きい場合、前記エンジンを駆動することにより前記第１の回転電機で発電された電力を前記蓄電機構に充電するように、前記駆動システムを制御するための制御手段とを含む、駆動システムの制御装置。
  2. 前記蓄電機構は、キャパシタを含み、
    前記算出手段は、前記キャパシタに充電される電力値を算出するための手段を含み、
    前記制御手段は、前記車両の回生制動時において、前記キャパシタに充電される電力値が前記第２の回転電機により発電される電力値よりも大きい場合、前記エンジンを駆動することにより前記第１の回転電機で発電された電力を前記キャパシタに充電するように、前記駆動システムを制御するための手段を含む、請求項１に記載の駆動システムの制御装置。
  3. 前記蓄電機構は、前記キャパシタに加え、バッテリを含み、
    前記制御装置は、前記車両の回生制動時において、前記キャパシタに充電される電力値が前記第２の回転電機により発電される電力値よりも小さい場合、前記第２の回転電機で発電された電力を前記キャパシタおよび前記バッテリに充電するように、前記駆動システムを制御するための手段をさらに含む、請求項２に記載の駆動システムの制御装置。
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