JP2010105600A - ハイブリッド車両の制御装置及び制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】スロットルバルブの開閉弁が固着してしまう故障に対して好適なフェールセーフ制御を実現するハイブリッド車両の制御装置及びハイブリッド車両の制御方法を提供する。
【解決手段】エンジン１と、バッテリ３から供給される電力で駆動するモータ４と、を駆動力源として備え、前記エンジン１の吸気経路６には吸入空気量を制御するスロットルバルブ７が介装されたハイブリッド車両の制御装置５であって、前記スロットルバルブ７の開固着を検出するスロットル開固着検出手段（ステップＳ１）と、前記スロットルバルブ７の開固着が検出されたときに、そのときの前記スロットルバルブ７の開度、前記バッテリ３の充電状態及びドライバー要求トルクに応じて、前記エンジン１の運転態様を切り替えるエンジン制御手段（ステップＳ６〜Ｓ１３）と、を備えたことを特徴とする。
【選択図】図２

Description

本発明は、ハイブリッド車両の制御装置及び制御方法に関する。

エンジンとモータのいずれか一方または両方を駆動力源とし、モータとバッテリとの間で電力を授受するように構成されたハイブリッド車両が知られている。

従来のハイブリッド車両には、エンジンとモータのいずれか一方が故障した場合には他方の駆動力源の駆動領域を変更して走行させることにより、一方が故障した場合であっても目的地まで走行できるようにしたものがある（特許文献１参照）。
特開２００１−１４５２１０号公報

しかしながら、特許文献１に開示された技術のような走行制御は、スロットルバルブの開閉弁が固着してしまう故障（以下、「スロットバルブの開固着」という。）に対しては必ずしも好適とはいえなかった。

すなわち、特許文献１に開示された技術は、スロットルバルブの開固着が発生した場合には車両の状況如何に関わらずエンジンを停止してモータを用いて走行する構成になっている。しかし、エンジンを停止すると、例えばバッテリの充電状態が低いような場合にはエンジンによる発電ができなくなりバッテリの充電状態の低下とともに走行不能に陥って連続走行ができなくなる問題がある。また、例えばドライバーから要求されたトルクがモータの出力可能トルクよりも大きい場合には、エンジンが停止しているためドライバーの要求に応えられない問題がある。さらには、一旦停止したエンジンを再始動する際にショックが発生して運転安定性を損なう問題がある。

本発明は、このような技術的課題を鑑みてなされたもので、スロットルバルブの開固着に対して好適なフェールセーフ制御を実現するハイブリッド車両の制御装置及び制御方法を提供することを目的とする。

本発明は以下のような解決手段によって前記課題を解決する。なお、理解を容易にするために本発明の実施形態に対応する符号を付するが、これに限定されるものではない。

本発明は、エンジン（１）と、バッテリ（３）から供給される電力で駆動するモータ（４）と、を駆動力源として備え、前記エンジン（１）の吸気経路（６）には吸入空気量を制御するスロットルバルブ（７）が介装されたハイブリッド車両の制御装置（５）であって、前記スロットルバルブ（７）の開固着を検出するスロットル開固着検出手段（ステップＳ１）と、前記スロットルバルブ（７）の開固着が検出されたときに、そのときの前記スロットルバルブ（７）の開度、前記バッテリ（３）の充電状態及びドライバー要求トルクに応じて、前記エンジン（１）の運転態様を切り替えるエンジン制御手段（ステップＳ６〜Ｓ１３）と、を備えたことを特徴とする。

本発明によれば、スロットルバルブの開固着が発生したときに、スロットルバルブの開度、バッテリの充電状態及びドライバー要求トルクに応じてエンジンの運転を切り替える。そのため、スロットルバルブの開固着に対して好適なフェールセーフ制御を実現することができる。

以下、添付図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。

（システム構成例）
図１は、本発明の一実施形態に係る制御システムを示す概略構成図である。図１に示す制御システム１０は、エンジン１、発電機２、バッテリ３、モータ４及び制御装置５により構成される。この制御システム１０は、エンジン１と、バッテリ３から供給される電力で駆動するモータ４と、を駆動力源として備え、エンジン１とモータ４のいずれか一方または両方を車輪１１の駆動力源とするように構成されたハイブリッド車両に搭載されている。

以下、制御システム１０の各構成要素について説明する。

エンジン１は、制御装置５から駆動要求信号を受けると不図示のトランスミッションを介して車輪１１を駆動する、車両の駆動力源である。また、制御装置５から発電要求信号を受けると不図示のトランスミッションを介して発電機２を駆動する、発電機２の駆動力源でもある。

このエンジン１の吸気通路６には、エンジン１に吸入される吸入空気量を制御するスロットルバルブ７が介装される。また、スロットルバルブ７の近傍には、スロットルバルブ７の開度を検出するスロットル開度センサ８が配設されている。

発電機２は、エンジン１により駆動されて電力（電気エネルギー）を得る機械である。

バッテリ３は、発電機２により発電された電力を蓄積する蓄電池である。

モータ４は、制御装置５から駆動要求信号を受けるとバッテリ３に蓄えられた電力を用いて車輪１１を駆動する、車両の駆動力源である。

制御装置５は、制御システム１０において各種制御を行うECU(Engine Control Unit)やHCU(Hybrid Control Unit)などのマイクロコントローラである。この制御装置５はアクセルペダル操作量センサ９からアクセルペダル１２の操作量を入力し、入力した操作量に応じてエンジン１とモータ４のいずれか一方または両方に駆動要求信号を送る。またバッテリ３の充電状態（以下、「SOC(State Of Charge)」とする。)が不十分な場合には、エンジン１に発電要求信号を送る。

また本実施形態における制御装置５は、スロットル開度センサ８により検出されるスロットルバルブ７の開度を基にスロットルバルブ７の開閉弁が固着してしまう故障（以下、「スロットルバルブ７の開固着」とする）を検出すると、各種車両の状況に応じてエンジン１の運転態様を制御する。

（制御装置５の制御ロジック）
図２は、本発明の一実施形態に係る制御装置５の制御ロジックを示すフローチャートである。ここでは、制御装置５がスロットルバルブ７の開固着を検出したときの制御内容を説明する。

まずステップＳ１において、制御装置５はスロットルバルブ７の開固着が発生したか否かを判定する（Ｓ１）。ステップＳ１では、制御装置５は、スロットル開度センサ８により検出されるスロットルバルブ７の開度に基づいてスロットルバルブ７の開固着を検出する。具体的には、スロットル開度センサ８により検出されるスロットルバルブ７の実際の開度とスロットルバルブ７の目標開度（制御装置５からスロットルバルブ７へ送られる指令値）との開度差を算出する処理を所定期間繰り返して行い、開度差の積分値を算出する。その後、算出された開度差の積分値と予め設定された開固着判定値とを比較して積分値が開固着判定値よりも大きいときにスロットルバルブ７の開固着が発生したと判定する。このようにステップＳ１では、スロットルバルブ７の開固着を検出する。

ステップＳ１においてＹＥＳ、すなわちスロットバルブ７の開固着が検出されたときには（Ｓ１、ＹＥＳ）、ステップＳ２に進んで制御装置５はスロットルバルブ７の開度が規定値よりも大きいかどうかを判定する（Ｓ２）。ステップＳ２では、制御装置５はスロットル開度センサ８により検出されるスロットルバルブ７の実際の開度と開度の規定値とを比較することにより判定する。具体的な内容は後述する。

続くステップＳ３において、制御装置５はSOCが規定値よりも大きいかどうかを判定する（Ｓ３）。ステップＳ３では、制御装置５は実際のSOCとSOCの規定値とを比較することにより判定する。具体的な内容は後述する。

続くステップＳ４において、制御装置５はドライバー要求トルクが規定値よりも大きいかどうかを判定する（Ｓ４）。ステップＳ４では、制御装置５はアクセルペダル操作量センサ９から入力される操作量から実際のドライバーの要求トルクを求め、この実際のドライバー要求トルクとトルクの規定値とを比較することにより判定する。具体的な内容は後述する。

また、ステップＳ１〜Ｓ３においてＹＥＳ、かつ、ステップＳ４においてＮＯのときには、ステップＳ５へ進んで制御装置５は車速が規定値よりも大きいか否かを判定する（Ｓ５）。ステップＳ５では、制御装置５は不図示の車速センサによる検出信号から実際の車速を求め、この実際の車速と速度の規定値とを比較することにより判定する。具体的な内容は後述する。

以上に示されるステップＳ１〜Ｓ５の処理の結果に応じて、制御装置５はステップＳ６〜Ｓ１３を切り分けて制御する。以下、ステップＳ６〜Ｓ１３の処理について説明する。

ステップＳ６に進んだとき、すなわちスロットルバルブ７の開度、SOC、ドライバー要求トルクがすべて規定値より大きいときには、制御装置５はモータ４とエンジン１の両方に駆動要求信号を送る（Ｓ６）。

ステップＳ７に進んだとき、すなわちスロットルバルブ７の開度とSOCが規定値よりも大きく、ドライバー要求トルクが規定値よりも小さく、かつ、車速が規定値よりも大きいときには、制御装置５はモータ４に駆動要求信号を送ると共にエンジン１のアイドルストップを禁止する（Ｓ７）。

ステップＳ８に進んだとき、すなわちスロットルバルブ７の開度とSOCが規定値よりも大きく、ドライバー要求トルクが規定値よりも小さく、かつ、車速が規定値よりも小さいときには、制御装置５はモータ４に駆動要求信号を送ると共にエンジン１をアイドルストップさせる（Ｓ８）。

ステップＳ９に進んだとき、すなわちスロットルバルブ７の開度が規定値よりも大きく、SOCが規定値よりも小さく、かつ、ドライバー要求トルクが規定値よりも大きいときには、制御装置５はモータ４に駆動要求信号を送ると共にエンジン１に駆動要求信号及び発電要求信号を送る（Ｓ９）。

ステップＳ１０に進んだとき、すなわちスロットルバルブ７の開度が規定値よりも大きく、SOCが規定値よりも小さく、かつ、ドライバー要求トルクが規定値よりも大きいときには、制御装置５はモータ４に駆動要求信号を送ると共にエンジン１に発電要求信号を送る（Ｓ１０）。

ステップＳ１１に進んだとき、すなわちスロットルバルブ７の開度が規定値よりも小さく、SOCが規定値よりも大きく、かつ、ドライバー要求トルクが規定値よりも大きいときには、制御装置５はモータ４とエンジン１の両方に駆動要求信号を送る（Ｓ１１）。

ステップＳ１２に進んだとき、すなわちスロットルバルブ７の開度が規定値よりも小さく、SOCが規定値よりも大きく、かつ、ドライバー要求トルクが規定値よりも小さいときには、制御装置５はモータ４に駆動要求信号を送ると共にエンジン１をアイドルストップさせる（Ｓ１２）。

ステップＳ１３に進んだとき、すなわちスロットルバルブ７の開度が規定値よりも小さく、SOCが規定値よりも小さいときには、制御装置５はモータ４に駆動要求信号を送ると共にエンジン１に発電要求信号を送る（Ｓ１３）。

以上に示されるように、本実施形態における制御装置５は、スロットルバルブ７の開固着が検出されたときに、そのときのスロットルバルブ７の開度、SOC、ドライバー要求トルクに応じて、ステップＳ６〜Ｓ１３のようにエンジン１の運転態様を切り替えている。また、特にステップＳ５に進んだとき（スロットルバルブ７の開度が規定値よりも大きく、SOCが規定値よりも大きく、かつ、ドライバー要求トルクが規定値よりも小さいとき）には、そのときの車速に応じてステップＳ７又はＳ８のようにエンジン１の運転態様を切り替えている。

（制御装置５の制御ロジックの補足）
続いて、上記の説明の補足として、ステップＳ２〜Ｓ４で用いられる各規定値、ステップＳ７及びＳ８、ステップＳ１３の順序で説明する。なお、ステップＳ５で用いられる規定値についてはステップＳ７及びＳ８と共に説明する。

まず、ステップＳ２の処理で用いられる開度の規定値を説明する。開度の規定値とは、停止したエンジン１を再始動するときに車両に発生するショックが運転安定性を損なう程度のものか否かに応じて決定される値である。すなわち、スロットルバルブ７の実際の開度が規定値よりも大きいときには（Ｓ２、ＹＥＳ）、一旦エンジン１を停止させたあとにこのエンジン１を再始動すると車両に発生するショックが大きくなり運転安定性を損なう。そのため、予めエンジン１の停止を禁止する必要がある。一方、スロットルバルブ７の実際の開度が規定値よりも小さいときには（Ｓ２、ＮＯ）、一旦エンジン１を停止させたあとにこのエンジン１を再始動しても車両に発生するショックが小さくなり運転安定性を損なわない。そのため、予めエンジン１の停止を禁止する必要はない。

このようにステップＳ２において制御装置５は、開度の規定値を用いてエンジン１の停止を禁止する必要があるか否かを判定している。例えばステップＳ６〜Ｓ１０のようにステップＳ２においてＹＥＳのときには、エンジン１の停止を禁止している。ただしステップＳ８では例外的に、エンジン１をアイドルストップさせる。これについては後述するステップＳ８において説明する。

次に、ステップＳ３の処理で用いられるSOCの規定値を説明する。SOCの規定値とは、モータ４のみで車両を走行させるために必要な電力が十分蓄えられているか否かに応じて決定される値である。すなわち、実際のSOCが規定値よりも大きいときには（Ｓ３、ＹＥＳ）、モータ４のみで車両を走行させるために必要な電力が十分蓄えられている。そのため、エンジン１に発電要求信号を送る必要がない。一方、実際のSOCが規定値よりも小さいときには（Ｓ３、ＮＯ）、上記電力が十分蓄えられていない。そのため、エンジン１に発電要求信号を送る必要がある。

このようにステップＳ３において制御装置５は、SOCの規定値を用いてエンジン１に発電要求信号を送る必要があるか否かを判定している。例えばステップＳ９、Ｓ１０、Ｓ１３のようにステップＳ３においてＮＯのときには、エンジン１に発電要求信号を送る。

続いて、ステップＳ４の処理で用いられるトルクの規定値を説明する。トルクの規定値とは、モータ４のみで出力可能なトルクの上限値である。すなわち、実際のドライバー要求トルクが規定値よりも大きいときには（Ｓ４、ＹＥＳ）、モータ４のみの出力ではドライバー要求トルクを実現不可能である。そのため、エンジン１に駆動要求信号を送る必要がある。一方、実際のドライバー要求トルクが規定値よりも小さいときには（Ｓ４、ＮＯ）、モータ４のみの出力でドライバー要求トルクを実現可能である。そのため、エンジン１に駆動要求信号を送る必要がない。

このようにステップＳ４において制御装置５は、トルクの規定値を用いてエンジン１に駆動要求信号を送る必要があるか否かを判定している。例えばステップＳ６及びＳ１１のようにステップＳ４においてＹＥＳのときには、エンジン１に駆動要求信号を送る。

続いて、ステップＳ７及びＳ８の処理を説明する。ステップＳ７及びＳ８の処理のいずれの処理も、スロットルバルブ７の開度が規定値よりも大きく（Ｓ２、ＹＥＳ）、かつ、SOCが規定値よりも大きく（Ｓ３、ＹＥＳ）、かつ、ドライバー要求トルクが規定値よりも小さい（Ｓ４、ＮＯ）という条件を満たす場合の処理である。つまり、上記した各規定値の説明によれば、エンジン１の停止を禁止する必要があり、エンジン１に発電要求信号又は駆動要求信号を送る必要がない場合であると言い換えることができる。

このような場合には、原則的には、ステップＳ７に進んで制御装置５は、アイドルストップ（エンジン１の停止）を禁止する（Ｓ７）。具体的には、制御装置５は、エンジン１を最少燃料噴射で無負荷アイドル運転させる。また、エンジン１の機関回転速度が上昇した場合には燃料をカットする等してエンジン１の回転状態を持続させる。

このようにエンジン１の停止を禁止するのは、走行中にSOCが低下した場合に停止したエンジン１を再始動することなく安全に発電運転に移行させるためである。また、走行中にドライバー要求トルクが上昇してエンジン１の駆動トルクが必要になった場合に停止したエンジン１を再始動することなく安全にドライバー要求トルクに対応させるためである。

一方、上記の条件を満たす場合であっても、車速が速度の規定値よりも小さいときには（Ｓ５、ＮＯ）、例外的にエンジン１をアイドルストップ（アイドル時に停止）させる（Ｓ８）。この速度の規定値とは、停止又は停止に準ずる速度である。

このようにエンジン１を例外的にアイドルストップさせるのは、車速が停止又は停止に準ずる程に小さい場合には、走行中のSOCの低下又はドライバー要求トルクの上昇に伴い停止したエンジン１を再始動させたとしても、車速が小さいので車両に発生するショックが小さく運転安定性を損なわないためである。つまり、上記した速度の規定値とは、停止したエンジン１を再始動させたとしても車両に発生するショックが小さく運転安定性を損なわない程度の速度と言い換えることもできる。また、エンジン１をアイドルストップさせるのは、エンジン１による燃料消費を抑制するためでもある。

続いて、ステップＳ１３の処理を説明する。ステップＳ１３では、スロットルバルブ７の開度が規定値よりも小さく（Ｓ２、ＮＯ）、かつ、SOCが規定値よりも小さい（Ｓ３、ＮＯ）という条件を満たす場合に、ステップＳ４の処理を経ずにステップＳ１３に進んでいる。

このようにステップＳ４の処理を経ないのは、Ｓ２においてＮＯすなわちスロットルバルブ７の開度が小さいことからエンジン１の出力可能なトルクに一定の制限がかかり、状況的にドライバー要求トルクに応えられない。そこで、エンジン１には発電を最優先で行わせるものである。

（まとめ）
以上のように、本実施形態よれば制御装置５は、スロットルバルブ７の開固着が検出されたときに、そのときのスロットルバルブ７の開度、バッテリ３の充電状態及びドライバー要求トルクに応じて、エンジン１の運転態様を切り替えている。そのため、連続走行を実現したりモータ４の出力可能なトルク以上の駆動トルクを出力することによりドライバー要求トルクの実現領域を拡大したりする等、スロットルバルブ７の開固着に対して好適なフェールセーフ制御を実現することができる。

また、本実施形態によれば制御装置５は、スロットルバルブ７の開度が所定開度よりも大きく、かつ、バッテリ３の充電状態が所定充電量よりも大きく、かつ、ドライバー要求トルクが所定トルクよりも小さいという条件を満たす場合には、エンジン１の停止を禁止している。そのため、走行中にバッテリ３の充電状態が低下した場合にも、停止したエンジン１を再始動することなく安全に発電運転に移行させたり、走行中にドライバー要求トルクが上昇してエンジン１の駆動トルクが必要になった場合にも、停止したエンジン１を再始動することなく安全にドライバー要求トルクに対応させたりすることができる。

また、本実施形態によれば制御装置５は、前記条件を満たす場合であっても、車速が所定速度より小さいときには、エンジン１をアイドル時に停止させている。そのため、エンジン１による燃料消費を抑制したり、車両に発生するショックが小さく運転安定性を損なわないように停止したエンジン１を再始動させたりすることができる。

以上、本発明の一実施形態について説明したが、上記実施形態は本発明の適用例の一つを示したものであり、本発明の技術的範囲を上記実施形態の具体的構成に限定する趣旨ではない。

例えば、上記説明においては、本発明を図１に示す形態のハイブリッド車両に適用した場合を例示して説明したが、その他の形態のハイブリッド車両に適用してもよい。

また、例えば、上記説明においては、図２のステップＳ１においてスロットル開度センサ８により検出されるスロットルバルブ７の実際の開度とスロットルバルブ７の目標開度との開度差の積分値を基にスロットルバルブ７の開固着を検出したが、この場合には限らない。その他の既知の方法によりスロットルバルブ７の開固着を検出してもよい。

本発明の一実施形態に係る制御システムを示す概略構成図である。 本発明の一実施形態に係る制御装置の制御ロジックを示すフローチャートである。

符号の説明

１ エンジン
３ バッテリ
４ モータ
５ 制御装置
７ スロットルバルブ
８ スロットル開度センサ
ステップＳ１ スロットル開固着検出手段
ステップＳ６〜Ｓ１３ エンジン制御手段

Claims (8)

1. エンジンと、バッテリから供給される電力で駆動するモータと、を駆動力源として備え、前記エンジンの吸気経路には吸入空気量を制御するスロットルバルブが介装されたハイブリッド車両の制御装置であって、
   前記スロットルバルブの開固着を検出するスロットル開固着検出手段と、
   前記スロットルバルブの開固着が検出されたときに、そのときの前記スロットルバルブの開度、前記バッテリの充電状態及びドライバー要求トルクに応じて、前記エンジンの運転態様を切り替えるエンジン制御手段と、
   を備えたことを特徴とするハイブリッド車両の制御装置。
2. 前記エンジン制御手段は、前記スロットルバルブの開度が所定開度よりも大きく、かつ、前記バッテリの充電状態が所定充電量よりも大きく、かつ、前記ドライバー要求トルクが所定トルクよりも小さいという条件を満たす場合には、前記エンジンの停止を禁止す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の制御装置。
3. 前記エンジン制御手段は、前記条件を満たす場合であっても、車速が所定速度より小さいときには、前記エンジンをアイドル時に停止させ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の制御装置。
4. 前記所定速度とは、停止又は停止に準ずる速度であることを特徴とする請求項３に記載のハイブリッド車両の制御装置。
5. 前記所定開度は、停止した前記エンジンを再始動するときに車両に発生するショックが運転安定性を損なう程度のものか否かに応じて決定される値であることを特徴とする請求項２乃至４のいずれか一項に記載のハイブリッド車両の制御装置。
6. 前記所定充電量は、前記モータのみで車両を走行させるために必要な電力が十分蓄えられているか否かに応じて決定される値であることを特徴とする請求項２乃至５のいずれか一項に記載のハイブリッド車両の制御装置。
7. 前記所定トルクは、前記モータのみで出力可能なトルクの上限値であることを特徴とする請求項２乃至６のいずれか一項に記載のハイブリッド車両の制御装置。
8. エンジンと、バッテリから供給される電力で駆動するモータと、を駆動力源として備え、前記エンジンの吸気経路には吸入空気量を制御するスロットルバルブが介装されたハイブリッド車両の制御方法であって、
   前記スロットルバルブの開固着を検出するスロットル開固着検出工程と、
   前記スロットルバルブの開固着が検出されたときに、そのときの前記スロットルバルブの開度、前記バッテリの充電状態及びドライバー要求トルクに応じて、前記エンジンの運転態様を切り替えるエンジン制御工程と、
   を備えた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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