JP2011084137A

JP2011084137A - ハイブリッド自動車

Info

Publication number: JP2011084137A
Application number: JP2009237329A
Authority: JP
Inventors: Takeshi Kotani; 武史小谷
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2009-10-14
Filing date: 2009-10-14
Publication date: 2011-04-28

Abstract

【課題】内燃機関の間欠運転を伴って走行可能なハイブリッド自動車において車両のエネルギ効率の向上を図る。
【解決手段】車速が大きいほど小さくなり且つバッテリの温度Ｔｂが低いほど小さくなるように始動閾値Ｐｓｔａｒｔおよび停止閾値Ｐｓｔｏｐを設定し、エンジンの運転を停止して走行いるときにエンジンに要求されるエンジン指令パワーが始動閾値Ｐｓｔａｒｔ以上に至ったときにはエンジンを自動始動してエンジンからの動力とモータからの動力とにより走行し、エンジンを運転して走行しているときにエンジン指令パワーが停止閾値Ｐｓｔｏｐを下回ったときにはエンジンを自動停止してモータからの動力により走行する。
【選択図】図２

Description

本発明は、ハイブリッド自動車に関する。

従来、この種のハイブリッド自動車としては、走行用の動力を出力可能なエンジンと動力を出力するモータとこのモータと電力をやりとりするバッテリとを備え、バッテリの温度が所定温度以上のときにはバッテリの出力制限が第１の閾値以上のときにエンジンの間欠運転を許可し、バッテリの温度が所定温度未満のときにはバッテリの出力制限が第１の閾値より小さい第２の閾値以上のときにエンジンの間欠運転を許可するものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。このハイブリッド自動車では、エンジンの間欠運転が許可されているときには、エンジンの運転を伴って走行しているときにエンジンに要求されるパワーが所定パワーを下回ったときにはエンジンを自動停止してモータからのパワーを用いて走行し、エンジンの運転を停止して走行しているときにエンジンに要求されるパワーが所定パワーを超えたときにはエンジンを自動始動してエンジンからのパワーとモータからのパワーとを用いて走行している。

特開２００７−１９１０３４号公報

しかしながら、上述のハイブリッド自動車では、バッテリの温度によっては、車両のエネルギ効率が低下する場合がある。バッテリは、その温度が低いほど内部抵抗が大きくなるため、バッテリの温度が低いほどバッテリを充放電するときのロスが大きくなる。このため、エンジンの自動始動や自動停止の判定に用いる所定パワーをバッテリの温度が高いときを基準に設定すると、バッテリの温度が低いときにはエンジンを運転した方が車両のエネルギ効率が高い場合であってもエンジンを停止して走行し、所定パワーをバッテリの温度が低いときを基準に設定すると、バッテリの温度が高いときにはエンジンの運転を停止した方が車両のエネルギ効率が高い場合であってもエンジンの運転を伴って走行してしまう。

本発明のハイブリッド自動車は、内燃機関の間欠運転を伴って走行可能なハイブリッド自動車において、車両のエネルギ効率の向上を図ることを主目的とする。

本発明のハイブリッド自動車は、上述の主目的を達成するために以下の手段を採った。

本発明のハイブリッド自動車は、
内燃機関と、動力を入出力可能な発電機と、前記内燃機関の出力軸と前記発電機の回転軸と駆動輪に連結された駆動軸との３軸に３つの回転要素が接続された遊星歯車機構と、前記駆動軸に動力を入出力可能な電動機と、前記発電機および前記電動機と電力のやりとりが可能なバッテリと、アクセル操作に基づいて前記駆動軸に出力すべき要求トルクと該駆動軸に出力すべき要求パワーとを設定し、該設定した要求パワーから前記バッテリを充放電すべき目標充放電パワーを減じて前記内燃機関に要求される機関要求パワーを設定し、前記内燃機関の運転を停止して走行しているときに前記設定した機関要求パワーが始動閾値以上に至ったときには前記内燃機関を始動して前記内燃機関から前記設定した機関要求パワーが出力されると共に前記設定した要求トルクが前記駆動軸に出力されるよう前記内燃機関と前記発電機と前記電動機とを制御し、前記内燃機関の運転を伴って走行しているときに前記設定した機関要求パワーが停止閾値未満に至ったときには前記内燃機関の運転を停止すると共に前記設定した要求トルクが前記駆動軸に出力されるよう前記内燃機関と前記発電機と前記電動機とを制御する制御手段と、を備えるハイブリッド自動車において、
前記始動閾値は、車速が大きいほど小さい傾向に且つ前記バッテリの温度が低いほど小さい傾向に前記始動閾値が導出される予め定められた始動閾値設定用マップに対して車速と前記バッテリの温度とを適用することにより導出される値であり、
前記停止閾値は、車速が大きいほど小さい傾向に且つ前記バッテリの温度が低いほど小さい傾向に且つ前記始動閾値に比して小さい傾向に前記停止閾値が導出される予め定められた停止閾値設定用マップに対して車速と前記バッテリの温度とを適用することにより導出される値である、
ことを特徴とする。

この本発明のハイブリッド自動車では、車速が大きいほど小さい傾向に且つバッテリの温度が低いほど小さい傾向に始動閾値が導出される予め定められた始動閾値設定用マップに対して車速とバッテリの温度とを適用することにより始動閾値を導出し、車速が大きいほど小さい傾向に且つバッテリの温度が低いほど小さい傾向に且つ始動閾値に比して小さい傾向に停止閾値が導出される予め定められた停止閾値設定用マップに対して車速とバッテリの温度とを適用することにより停止閾値を導出し、内燃機関の運転を停止して走行しているときに内燃機関に要求される機関要求パワーが始動閾値以上に至ったときには内燃機関を始動して内燃機関から機関要求パワーが出力されると共に駆動軸に要求される要求トルクが駆動軸に出力されるよう内燃機関と発電機と電動機とを制御し、内燃機関の運転を伴って走行しているときに機関要求パワーが停止閾値未満に至ったときには内燃機関の運転を停止すると共に要求トルクが駆動軸に出力されるよう内燃機関と発電機と電動機とを制御する。これにより、バッテリの温度に応じて始動閾値および停止閾値をより適正に設定することができ、バッテリの温度に拘わらず始動閾値および停止閾値を設定するものに比して車両のエネルギ効率を向上させることができる。

本発明の一実施例としてのハイブリッド自動車２０の構成の概略を示す構成図である。始動閾値設定用マップの一例を示す説明図である。停止閾値設定用マップの一例を示す説明図である。

次に、本発明を実施するための形態を実施例を用いて説明する。

図１は、本発明の一実施例としてのハイブリッド自動車２０の構成の概略を示す構成図である。実施例のハイブリッド自動車２０は、図示するように、ガソリンや軽油などを燃料とするエンジン３２と、エンジン３２を駆動制御するエンジン用電子制御ユニット３６と、エンジン３２のクランクシャフトにキャリアが接続されると共に駆動輪２６ａ，２６ｂにデファレンシャルギヤ２４を介して連結された駆動軸２２にリングギヤが接続されたプラネタリギヤ３８と、例えば同期発電電動機として構成されて回転子がプラネタリギヤ３８のサンギヤに接続されたモータ４１と、例えば同期発電電動機として構成されて回転子が駆動軸２２に接続されたモータ４２と、モータ４１，４２を駆動するためのインバータ４３，４４と、インバータ４３，４４の図示しないスイッチング素子をスイッチング制御することによってモータ４１，４２を駆動制御するモータ用電子制御ユニット４６と、例えばニッケル水素二次電池やリチウムイオン二次電池として構成されてインバータ４３，４４を介してモータ４１，４２と電力をやりとりするバッテリ４８と、バッテリ４８の温度を検出する温度センサ４９からのバッテリ温度Ｔｂやシフトレバーのポジションを検出するシフトポジションセンサ５２からのシフトポジション，アクセルペダルの踏み込み量を検出するアクセルペダルポジションセンサ５４からのアクセル開度，ブレーキペダルの踏み込み量を検出するブレーキペダルポジションセンサ５６からのブレーキポジション，車速センサ５８からの車速を入力すると共にエンジン用電子制御ユニット３６やモータ用電子制御ユニット４６と通信して車両全体を制御するハイブリッド用電子制御ユニット５０と、を備える。

実施例のハイブリッド自動車２０は、基本的には、ハイブリッド用電子制御ユニット５０によって実行される以下に説明する駆動制御によって走行する。ハイブリッド用電子制御ユニット５０では、まず、アクセルペダルポジションセンサ５４からのアクセル開度と車速センサ５８からの車速とに応じて走行のために駆動軸２２に要求される要求トルクを設定し、要求トルクに駆動軸２２の回転数（例えば、モータ４２の回転数や車速に換算係数を乗じて得られる回転数）を乗じて走行に要求される走行用パワーを計算すると共に計算した走行用パワーからバッテリ４８の蓄電量（ＳＯＣ）に応じて得られるバッテリ４８を充放電するための補正パワー（バッテリ４８から放電するときが正の値）を減じてエンジン３２から出力すべきパワーとしてのエンジン指令パワーを設定する。そして、エンジン指令パワーをエンジン３２を自動始動するための始動閾値Ｐｓｔａｒｔやエンジン３２の運転を自動停止するための停止閾値Ｐｓｔｏｐと比較し、エンジン３２の運転を停止しているときにエンジン指令パワーが始動閾値Ｐｓｔａｒｔを超えたときにはエンジン３２を自動始動し、エンジン３２を運転しているときにエンジン指令パワーが停止閾値Ｐｓｔｏｐを下回ったときにはエンジン３２の運転を自動停止する。エンジン３２の運転を継続しているときやエンジン３２を自動始動した後は、エンジン指令パワーを効率よくエンジン３２から出力することができるエンジン３２の回転数とトルクとの関係としての動作ライン（例えば燃費最適動作ライン）を用いてエンジン３２の目標回転数と目標トルクとを設定し、バッテリ４８を充放電することができる最大電力としての入出力制限の範囲内で、エンジン３２の回転数が目標回転数となるようにするための回転数フィードバック制御によりモータ４１から出力すべきトルクとしてのトルク指令を設定すると共に、モータ４１をトルク指令で駆動したときにプラネタリギヤ３８を介して駆動軸２２に作用するトルクを要求トルクから減じて得られるトルクをモータ４２のトルク指令に設定する。そして、設定したエンジン３２の目標回転数と目標トルクとについてはエンジン用電子制御ユニット３６に送信し、モータ４１，４２のトルク指令についてはモータ用電子制御ユニット４６に送信する。目標回転数と目標トルクとを受信したエンジン用電子制御ユニット３６は、目標回転数と目標トルクとによってエンジン３２が運転されるようエンジン３２の吸入空気量制御や燃料噴射制御，点火制御などを実行し、モータ４１，４２のトルク指令を受信したモータ用電子制御ユニット４６は、モータ４１，４２がトルク指令で駆動されるようインバータ４３，４４のスイッチング素子をスイッチング制御する。一方、エンジン３２の運転停止を継続しているときやエンジン３２の運転を自動停止した後は、モータ４１のトルク指令に値０を設定すると共にバッテリ４８の入出力制限の範囲内で要求トルクをモータ４２のトルク指令に設定し、設定したモータ４１，４２のトルク指令をモータ用電子制御ユニット４６に送信する。モータ４１，４２のトルク指令を受信したモータ用電子制御ユニット４６は、モータ４１，４２がトルク指令で駆動されるようインバータ４３，４４のスイッチング素子をスイッチング制御する。実施例のハイブリッド自動車２０は、こうした制御により、エンジン３２の間欠運転を伴ってバッテリ４８の入出力制限の範囲内でバッテリを充放電しながらアクセル開度に応じた要求トルクを駆動軸２２に出力して走行する。

次に、実施例のハイブリッド自動車２０の駆動制御におけるエンジン３２の自動始動および自動停止を判定するのに用いる始動閾値Ｐｓｔａｒｔおよび停止閾値Ｐｓｔｏｐについて説明する。一般に、エンジン３２は、エンジン３２から大きなパワーを出力するほどエンジン３２自体のエネルギ効率が高くなり、モータ４２は、モータ４２から大きなパワーを出力するほどモータ４２の鉄損および銅損やバッテリ４８の充放電による内部抵抗でのロスが大きくなってエネルギ効率が低くなる。これらを考慮して、実施例のハイブリッド自動車２０では、エンジン３２の運転を伴って走行するハイブリッド走行とエンジン３２を停止して走行するモータ走行とのうち車両全体のエネルギ効率が高い方で走行するように始動閾値Ｐｓｔａｒｔおよび停止閾値Ｐｓｔｏｐを設定する。具体的には、始動閾値Ｐｓｔａｒｔおよび停止閾値Ｐｓｔｏｐは、実施例では、ハイブリッド用電子制御ユニット５０により、車速とバッテリ４８の電池温度Ｔｂと始動閾値Ｐｓｔａｒｔとの関係を予め定めた始動閾値設定用マップや車速と電池温度Ｔｂと停止閾値Ｐｓｔｏｐとの関係を予め定めた停止閾値設定用マップに対してそれぞれ車速と電池温度Ｔｂとを適用することにより導出して設定する。図２に始動閾値設定用マップの一例を示し、図３に停止閾値設定用マップの一例を示す。図２および図３中、実線はバッテリ４８の電池温度Ｔｂが比較的高いときの車速と始動閾値Ｐｓｔａｒｔおよび停止閾値Ｐｓｔｏｐとの関係を示し、一点鎖線は電池温度Ｔｂが比較的低いときの車速と始動閾値Ｐｓｔａｒｔおよび停止閾値Ｐｓｔｏｐとの関係を示す。始動閾値設定用マップおよび停止閾値設定用マップでは、図示するように、停止閾値Ｐｓｔｏｐが始動閾値Ｐｓｔａｒｔに比して小さくなるように定められている。これは、エンジン３２の自動始動と自動停止とが頻繁に行なわれるのを抑制するためである。また、始動閾値設定用マップや停止閾値設定用マップでは、車速に対しては、車速が大きいほど小さくなるように始動閾値Ｐｓｔａｒｔや停止閾値Ｐｓｔｏｐが定められている。これは、モータ４２の回転数が大きいほどモータ４２から出力可能なトルクが制限されることなどに基づく。さらに、始動閾値設定用マップや停止閾値設定用マップでは、電池温度Ｔｂに対しては、電池温度Ｔｂが低いほど小さくなるように始動閾値Ｐｓｔａｒｔや停止閾値Ｐｓｔｏｐが定められている。ここで、電池温度Ｔｂが低いほど小さくなるように始動閾値Ｐｓｔａｒｔや停止閾値Ｐｓｔｏｐを定める理由について説明する。バッテリ４８は、電池温度Ｔｂが低いほど内部抵抗が大きくなり、バッテリ４８を充放電するときのロスが大きくなる。また、走行に要求される走行用パワーが同一であれば、走行用パワーを全てバッテリ４８から出力するモータ走行は、走行用パワーを主としてエンジン３２から出力するハイブリッド走行よりもバッテリ４８から大きな電力が出力されやすいから、バッテリ４８の内部抵抗が大きくなると車両全体のエネルギ効率が大きく低下する。即ち、電池温度Ｔｂが高いときにはエンジン３２の運転を停止してモータ走行した方が車両全体のエネルギ効率が高いときであっても、電池温度Ｔｂが低いときにはバッテリ４８の充放電に伴うロスが大きいためにエンジン３２の運転を伴ってハイブリッド走行した方が車両全体のエネルギ効率が高くなる場合があるのである。このため、実施例では、バッテリ４８の電池温度Ｔｂに応じてエンジン３２の自動始動と自動停止とがより適正に行なわれるように、電池温度Ｔｂが低いほど小さくなるように始動閾値Ｐｓｔａｒｔや停止閾値Ｐｓｔｏｐを定めている。これにより、バッテリ４８の状態に応じてエンジン３２をより適正に間欠運転して車両のエネルギ効率の向上を図ることができる。

以上説明した実施例のハイブリッド自動車２０によれば、車速が大きいほど小さくなり且つバッテリ４８の電池温度Ｔｂが低いほど小さくなり且つ停止閾値Ｐｓｔｏｐが始動閾値Ｐｓｔａｒｔよりも小さくなるように予め定められた始動閾値設定用マップおよび停止閾値設定用マップに対してそれぞれ車速と電池温度Ｔｂとを適用することにより始動閾値Ｐｓｔａｒｔおよび停止閾値Ｐｓｔｏｐを導出して設定するから、バッテリ４８の充放電による内部抵抗でのロスを考慮して始動閾値Ｐｓｔａｒｔや停止閾値Ｐｓｔｏｐを設定することができ、バッテリ４８の状態に応じてエンジン３２をより適正に間欠運転して車両のエネルギ効率の向上を図ることができる。また、予め定められた始動閾値設定用マップおよび停止閾値設定用マップを用いて始動閾値Ｐｓｔａｒｔおよび停止閾値Ｐｓｔｏｐを設定することにより、より簡易に始動閾値Ｐｓｔａｒｔおよび停止閾値Ｐｓｔｏｐを設定することができる。

実施例の主要な要素と課題を解決するための手段の欄に記載した発明の主要な要素との対応関係について説明する。実施例では、エンジン３２が「内燃機関」に相当し、モータ４１が「発電機」に相当し、プラネタリギヤ３８が「遊星歯車機構」に相当し、モータ４２が「電動機」に相当し、バッテリ４８が「バッテリ」に相当し、車速が大きいほど小さくなり且つバッテリ４８の電池温度Ｔｂが低いほど小さくなり且つ停止閾値Ｐｓｔｏｐが始動閾値Ｐｓｔａｒｔよりも小さくなるように予め定められた始動閾値設定用マップおよび停止閾値設定用マップに対してそれぞれ車速と電池温度Ｔｂとを適用することにより始動閾値Ｐｓｔａｒｔおよび停止閾値Ｐｓｔｏｐを導出して設定し、アクセル開度と車速とに応じて走行のために駆動軸２２に要求される要求トルクと走行に要求される走行用パワーを計算すると共に計算した走行用パワーからバッテリ４８を充放電するための補正パワー（バッテリ４８から放電するときが正の値）を減じてエンジン３２から出力すべきパワーとしてのエンジン指令パワーを設定し、エンジン３２の運転を停止しているときにエンジン指令パワーが始動閾値Ｐｓｔａｒｔを超えたときにはエンジン３２を自動始動してエンジン３２からエンジン指令パワーが出力されると共に要求トルクが駆動軸２２に出力されるようエンジン３２の目標回転数および目標トルク，モータ４１，４２のトルク指令を設定してモータ用電子制御ユニット４６に送信し、エンジン３２を運転しているときにエンジン指令パワーが停止閾値Ｐｓｔｏｐを下回ったときにはエンジン３２の運転を自動停止して要求トルクが駆動軸２２に出力されるようエンジン３２の目標回転数および目標トルク，モータ４１，４２のトルク指令を設定してエンジン用電子制御ユニット３６やモータ用電子制御ユニット４６に送信する処理を実行するハイブリッド用電子制御ユニット５０と目標回転数と目標トルクとによりエンジン３２を制御するエンジン用電子制御ユニット３６とトルク指令によりモータ４１，４２を制御するモータ用電子制御ユニット４６とが「制御手段」に相当する。

以上、本発明を実施するための形態について実施例を用いて説明したが、本発明はこうした実施例に何等限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、種々なる形態で実施し得ることは勿論である。

本発明は、ハイブリッド自動車の製造産業などに利用可能である。

２０ハイブリッド自動車、２２駆動軸、２４デファレンシャルギヤ、２６ａ，２６ｂ駆動輪、３２エンジン、３４クランクシャフト、３６エンジン用電子制御ユニット、３８プラネタリギヤ、４１，４２モータ、４３，４４インバータ、４６モータ用電子制御ユニット、４８バッテリ、５０ハイブリッド用電子制御ユニット、５２シフトポジションセンサ、５４アクセルペダルポジションセンサ、５６ブレーキペダルポジションセンサ、５８車速センサ。

Claims

内燃機関と、動力を入出力可能な発電機と、前記内燃機関の出力軸と前記発電機の回転軸と駆動輪に連結された駆動軸との３軸に３つの回転要素が接続された遊星歯車機構と、前記駆動軸に動力を入出力可能な電動機と、前記発電機および前記電動機と電力のやりとりが可能なバッテリと、アクセル操作に基づいて前記駆動軸に出力すべき要求トルクと該駆動軸に出力すべき要求パワーとを設定し、該設定した要求パワーから前記バッテリを充放電すべき目標充放電パワーを減じて前記内燃機関に要求される機関要求パワーを設定し、前記内燃機関の運転を停止して走行しているときに前記設定した機関要求パワーが始動閾値以上に至ったときには前記内燃機関を始動して前記内燃機関から前記設定した機関要求パワーが出力されると共に前記設定した要求トルクが前記駆動軸に出力されるよう前記内燃機関と前記発電機と前記電動機とを制御し、前記内燃機関の運転を伴って走行しているときに前記設定した機関要求パワーが停止閾値未満に至ったときには前記内燃機関の運転を停止すると共に前記設定した要求トルクが前記駆動軸に出力されるよう前記内燃機関と前記発電機と前記電動機とを制御する制御手段と、を備えるハイブリッド自動車において、
前記始動閾値は、車速が大きいほど小さい傾向に且つ前記バッテリの温度が低いほど小さい傾向に前記始動閾値が導出される予め定められた始動閾値設定用マップに対して車速と前記バッテリの温度とを適用することにより導出される値であり、
前記停止閾値は、車速が大きいほど小さい傾向に且つ前記バッテリの温度が低いほど小さい傾向に且つ前記始動閾値に比して小さい傾向に前記停止閾値が導出される予め定められた停止閾値設定用マップに対して車速と前記バッテリの温度とを適用することにより導出される値である、
ことを特徴とするハイブリッド自動車。