JP2011251634A - ハイブリッド車の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】エンジン回転数の変化率を、ハイブリッド車を制御するための制御形態に応じて制限する。
【解決手段】ＥＣＵは、ハイブリッド車を制御するための複数の制御形態の中から制御形態を選択し、選択された制御形態でハイブリッド車を制御する。さらに、ＥＣＵは、エンジンの出力回転数（エンジン回転数）ＮＥの変化率を、予め設定された制限値（レートリミット値）により制限するように制御する。複数の制御形態のうちの少なくともいずれか一つの制御形態におけるエンジン回転数ＮＥの変化率の制限値は、複数の制御形態のうちの少なくともいずれか一つの別の制御形態におけるエンジン回転数ＮＥの変化率の制限値と異なるように設定される。
【選択図】図５

Description

本発明は、ハイブリッド車の制御装置に関し、特に、ハイリッド車を制御するための制御形態毎に定められた制限値により、ハイブリッド車に搭載された内燃機関の出力軸回転数の変化率を制限する技術に関する。

内燃機関に加えて電動モータが駆動源として搭載されたハイブリッド車が知られている。ハイブリッド車は、たとえば、内燃機関の出力パワーと、電動モータの出力パワーとの総合的な出力パワーを制御することによって、所望の駆動力を得るように制御される。

駆動力の制御方法に関し、特開２００９−２９２６１号公報に記載のように、車両の出力トルクの変化勾配を、運転者の走行意思に基づいて設定することが提案されている。

特開２００９−２９２６１号公報

ハイブリッド車では、内燃機関の出力軸回転数を速やかに下げて出力パワーを速やかに低下させても、電動モータの出力パワーを速やかに増大させることによって車両の駆動力の変化率を小さくすることが可能である。しかしながら、内燃機関の出力軸回転数の急減と、電動モータの出力パワーの急増は、車両の駆動力の変化率を小さくしたいという運転者の意思に沿ったものではない。したがって、駆動力の制御に関し、特開２００９−２９２６１号公報には、さらなる改善の余地があった。

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って、その目的は、内燃機関の出力軸回転数の変化率を、ハイブリッド車を制御するための制御形態に応じて制限することである。

本発明に係る制御装置は、内燃機関および電動モータを駆動源として搭載したハイブリッド車の制御装置である。制御装置は、ハイブリッド車を制御するための複数の制御形態の中から制御形態を選択し、選択された制御形態でハイブリッド車を制御するための制御手段と、内燃機関の出力回転数の変化率を、予め設定された制限値により制限するように制御するための制御手段とを備える。複数の制御形態のうちの少なくともいずれか一つの制御形態における内燃機関の出力回転数の変化率の制限値は、複数の制御形態のうちの少なくともいずれか一つの別の制御形態における内燃機関の出力回転数の変化率の制限値と異なるように設定される。

この構成によると、出力軸回転数の変化率の制限値が、ハイブリッド車を制御するための制御形態に応じて設定される。内燃機関の出力回転数の変化率は、設定された制限値により制限される。これにより、内燃機関の出力軸回転数の変化率を、ハイブリッド車を制御するための制御形態に応じて制限することができる。

ハイブリッド車を示す概略構成図である。 動力分割機構の共線図を示す図である。 シフトポジションに対応するシフトレンジを示す図（その１）である。 シフトポジションに対応するシフトレンジを示す図（その２）である。 複数の制御形態毎に定められる各制限値を示す図である。 ＴＰゼロクロスアップレート制限値を示す図である。 ＴＰゼロクロスダウンレート制限値を示す図である。

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について説明する。この車両は、エンジン１００と、第１モータジェネレータ１１０と、第２モータジェネレータ１２０と、動力分割機構１３０と、減速機１４０と、バッテリ１５０とを備える。

この車両は、エンジン１００および第２モータジェネレータ１２０のうち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、第１モータジェネレータ１１０および第２モータジェネレータ１２０は、動力分割機構１３０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１３０により、２経路に分割される。一方は減速機１４０を介して前輪１６０を駆動する経路である。もう一方は、第１モータジェネレータ１１０を駆動させて発電する経路である。

第１モータジェネレータ１１０は、Ｕ相コイル、Ｖ相コイルおよびＷ相コイルを備える、三相交流回転電機である。第１モータジェネレータ１１０は、動力分割機構１３０により分割されたエンジン１００の動力により発電する。第１モータジェネレータ１１０により発電された電力は、車両の走行状態や、バッテリ１５０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、第１モータジェネレータ１１０により発電された電力はそのまま第２モータジェネレータ１２０を駆動させる電力となる。一方、バッテリ１５０のＳＯＣが予め定められた値よりも低い場合、第１モータジェネレータ１１０により発電された電力は、インバータにより交流から直流に変換される。その後、コンバータにより電圧が調整されてバッテリ１５０に蓄えられる。

第１モータジェネレータ１１０が発電機として作用している場合、第１モータジェネレータ１１０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。第１モータジェネレータ１１０が電力の供給を受けてモータとして作用している場合、第１モータジェネレータ１１０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、第２モータジェネレータ１２０についても同様である。

第２モータジェネレータ１２０は、Ｕ相コイル、Ｖ相コイルおよびＷ相コイルを備える、三相交流回転電機である。第２モータジェネレータ１２０は、バッテリ１５０に蓄えられた電力および第１モータジェネレータ１１０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。

第２モータジェネレータ１２０の駆動力は、減速機１４０を介して前輪１６０に伝えられる。これにより、第２モータジェネレータ１２０はエンジン１００をアシストしたり、第２モータジェネレータ１２０からの駆動力により車両を走行させたりする。なお、前輪１６０の代わりにもしくは加えて後輪を駆動するようにしてもよい。

ハイブリッド車の回生制動時には、減速機１４０を介して前輪１６０により第２モータジェネレータ１２０が駆動され、第２モータジェネレータ１２０が発電機として作動する。これにより第２モータジェネレータ１２０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動する。第２モータジェネレータ１２０により発電された電力は、バッテリ１５０に蓄えられる。

動力分割機構１３０は、サンギヤと、ピニオンギヤと、キャリアと、リングギヤとを含む遊星歯車から構成される。ピニオンギヤは、サンギヤおよびリングギヤと係合する。キャリアは、ピニオンギヤが自転可能であるように支持する。サンギヤは第１モータジェネレータ１１０の回転軸に連結される。キャリアはエンジン１００のクランクシャフトに連結される。リングギヤは第２モータジェネレータ１２０の回転軸および減速機１４０に連結される。

エンジン１００、第１モータジェネレータ１１０および第２モータジェネレータ１２０が、遊星歯車からなる動力分割機構１３０を介して連結されることで、エンジン１００、第１モータジェネレータ１１０および第２モータジェネレータ１２０の回転数は、図２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１に戻って、バッテリ１５０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１５０の電圧は、たとえば２００Ｖ程度である。バッテリ１５０には、第１モータジェネレータ１１０および第２モータジェネレータ１２０の他、車両の外部の電源から供給される電力が充電される。

エンジン１００、第１モータジェネレータ１１０、第２モータジェネレータ１２０は、ＥＣＵ（Electronic Control Unit）１７０により制御される。なお、ＥＣＵ１７０は複数のＥＣＵに分割するようにしてもよい。

本実施の形態においては、シフトレバー１７２に対する運転者の操作に応じて、エンジン１００、第１モータジェネレータ１１０および第２モータジェネレータ１２０の制御モードが選択される。図３に示すように、シフトレバー１７２はシフトゲートに沿って移動する。シフトレバー１７２のポジションＰＳＨに応じて、「Ｐ（パーキング）」レンジ、「Ｒ（リバース）」レンジ、「Ｎ（ニュートラル）」レンジ、「Ｄ（ドライブ）」レンジ、「Ｓ（シーケンシャルシフト）」レンジの中からシフトレンジが選択される。

シフトレバー１７２のポジションＰＳＨはポジションセンサ１７４により検出される。ポジションセンサ１７４は、シフトポジションと対応する位置に設けられた接点がＯＮであるかＯＦＦであるかを判別することにより、シフトレバー１７２のポジションＰＳＨを検出する。

シフトレンジにＰレンジが選択された場合ならびにＮレンジが選択された場合には、車両が駆動力を有さないように、エンジン１００、第１モータジェネレータ１１０および第２モータジェネレータ１２０が制御される。この場合、エンジン１００、第１モータジェネレータ１１０および第２モータジェネレータ１２０の制御自体が停止されることもある。

シフトレンジにＲレンジが選択された場合、アクセルペダルの操作量が大きくなるほど大きな駆動力で車両が後進するように、エンジン１００、第１モータジェネレータ１１０および第２モータジェネレータ１２０が制御される。より具体的には、エンジン１００は停止し、第２モータジェネレータ１２０のみを駆動源として車両が後進するように制御される。

シフトレンジにＤレンジが選択された場合、アクセルペダルの操作量が大きくなるほど大きな駆動力で車両が前進するように、エンジン１００、第１モータジェネレータ１１０および第２モータジェネレータ１２０が制御される。

より具体的には、車両の発進時、低車速時、軽負荷時など、第２モータジェネレータ１２０のみを駆動源として用いても運転者の要求を満たすことができる場合は、エンジン１００は停止し、第２モータジェネレータ１２０のみを駆動源として車両が前進するように制御される。

エンジン１００の効率がよくなる走行状態では、エンジン１００が始動される。この場合、エンジン１００を主な駆動源として車両が前進するように制御される。

加速時には、エンジン１００を駆動源として用いて車両の駆動力を確保するとともに、エンジン１００の動力の一部を用いて第１モータジェネレータ１１０が発電を行なう。さらに、第１モータジェネレータ１１０が発電した電力を用いて第２モータジェネレータ１２０を駆動源として駆動して、エンジン１００の駆動力に第２モータジェネレータ１２０の駆動力を加える。

バッテリ１５０のＳＯＣが低下した場合には、エンジン１００を駆動源として用いて車両の駆動力を確保するとともに、エンジン１００の動力の一部を用いて第１モータジェネレータ１１０が発電を行なう。第１モータジェネレータ１１０が発電した電力はバッテリ１５０に充電される。

このように、シフトレンジにＤレンジが選択された場合、車両の走行状態に応じてエンジン１００が駆動したり、停止したりすることによって、エンジン１００が間欠的に運転される。

車両の駆動力は、たとえば、アクセル開度および車速をパラメータに有するマップに従って定められる目標駆動力になるように制御される。なお、車両の駆動力を設定する方法はこれに限らない。

シフトレンジにＳレンジが選択されている状態では、シフトレバー１７２を前後に移動することにより、ハイブリッド車の駆動力（制動力）が段階的に変化するように制御されるシーケンシャルシフト制御が実行される。

たとえば、Ｓレンジが選択されている状態で運転者がシフトレバー１７２を車両前方に向けて操作すると、自動変速機がアップシフトされた場合のように、エンジン回転数ＮＥを減少することによって駆動力が増大もしくは減少するようにエンジン１００、第１モータジェネレータ１１０および第２モータジェネレータ１２０が制御される。

Ｓレンジが選択されている状態で車両の減速中に運転者がシフトレバー１７２を車両後方に向けて操作すると、自動変速機がダウンシフトされた場合のように、エンジン回転数ＮＥを増大することによって駆動力が増大もしくは減少するようにエンジン１００、第１モータジェネレータ１１０および第２モータジェネレータ１２０が制御される。

すなわち、Ｓレンジが選択された場合は、多段変速機を備えた車両における変速段に相当する変速段を擬似的に選択することができる。

本実施の形態においては、シフトレンジの他、パワーモードスイッチ１７６、エコモードスイッチ１７８、ＥＶドライブモードスイッチ１８０を用いて、パワーモード、エコモードおよびＥＶドライブモードを選択することができる。

パワーモードスイッチ１７６がオン操作された場合、パワーモードが選択される。パワーモードが選択された場合、加速性を重視して走行するようにハイブリッド車が制御される。したがって、スポーティな走行が可能となる。

エコモードスイッチ１７８がオン操作された場合、燃費を重視して走行するようにハイブリッド車が制御される。したがって、パワーモードが選択された場合に比べて、燃費が向上する。

ＥＶドライブモードスイッチ１８０がオン操作された場合、エンジン１００が停止されるとともに、第２モータジェネレータ１２０のみを駆動源として用いて走行するようにハイブリッド車が制御される。

本実施の形態においては、さらに、ＶＳＣ（Vehicle Stability Control）オフスイッチ１８２を用いて、ＶＳＣを停止することを選択できる。ＶＳＣは、急なハンドル操作や滑りやすい路面などで発生する横滑りを抑制し、ドライバによるハイブリッド車の運転をサポートする制御システムである。たとえば、車両の横滑りをセンサが感知すると、４輪個々のブレーキと、車両の駆動力とが自動的に制御される。アンダーステアでは、車両の駆動力が低下されるとともに、内側後輪にブレーキがかけられることによって、車両がコーナー内側に向けられる。オーバーステアでは、外側前輪にブレーキがかけられることによって、スピンが抑制される。なお、ここで説明したＶＳＣは一例であり、これに限らない。

本実施の形態では「Ｓ」レンジを選択可能であるが、図４に示すように、Ｓレンジの代わりに「Ｂ（ブレーキ）」レンジを選択可能にしてもよい。シフトレンジにＢレンジが選択されている状態では、Ｄレンジが選択された状態に比べて、いわゆるエンジンブレーキが増大するようにハイブリッド車が制御される。なお、Ｓレンジに加えてＢレンジを選択できるようにしてもよい。

上述したように、本実施の形態において、ＥＣＵ１７０は、ハイブリッド車を制御するための複数の制御形態の中から制御形態を選択し、選択された制御形態でハイブリッド車を制御する。

さらに、ＥＣＵ１７０は、エンジン１００の出力回転数（エンジン回転数）ＮＥの変化率、エンジン１００の出力パワーＰＥの変化率、および車両の出力トルク（駆動力）ＴＰの変化率を、予め設定された制限値（レートリミット値）により制限するように制御する。なお、車両の出力トルクＴＰは、駆動輪である前輪１６０に伝達されるトルクを意味する。

図５に示すように、エンジン回転数ＮＥの変化率、エンジン１００の出力パワーＰＥの変化率、および車両の出力トルクＴＰの変化率のそれぞれに対する制限値は、複数の制御形態毎に設定される。たとえば、実験およびシミュレーションの結果などに基づいて、開発者により予め制限値が設定される。

図５中の「Ｓ１」〜「ＳＮ（Ｎは任意の自然数）」は、Ｓレンジにおいて選択される擬似的な変速段が選択されたときの制御形態を示す。「Ｄ」はＤレンジが選択されたときの制御形態を示す。「Ｒ」はＲレンジが選択されたときの制御形態を示す。「ＳＤ」はＳレンジからＤレンジに変更するようにシフトレバー１７２が操作されたときの制御形態を示す。「Ｂ」はＢレンジが選択されたときの制御形態を示す。「パワー」はパワーモードが選択されたときの制御形態を示す。「エコ」はエコモードが選択されたときの制御形態を示す。「ＶＳＣオフ」はＶＳＣが停止されたときの制御形態を示す。「ＥＶ」はＥＶドライブモードが選択されたときの制御形態を示す。

「ＰＥレート制限値」は、エンジン１００の出力パワーＰＥの変化率の制限値を示す。「ＮＥアップレート制限値」は、エンジン回転数ＮＥの増大率の制限値を示す。「ＮＥダウンレート制限値」は、エンジン回転数ＮＥの減少率の制限値を示す。

「ＴＰアップレート制限値」は、車両の出力トルクＴＰの増大率の制限値を示す。「ＴＰダウンレート制限値」は、車両の出力トルクＴＰの減少率の制限値を示す。

「ＴＰゼロクロスアップレート制限値」は、車両の出力トルクＴＰが負値から正値になるように変化するときの増大率の制限値を示す。「ＴＰゼロクロスダウンレート制限値」は、車両の出力トルクＴＰが正値から負値になるように変化するときの減少率の制限値を示す。図６に「ＴＰゼロクロスアップレート制限値」の一例を示し、図７に「ＴＰゼロクロスダウンレート制限値」の一例を示す。

図５に戻って、具体的な数値は明示されないが、各制限値は、「Ｓ１」〜「ＳＮ」、「Ｄ」、「Ｒ」、「ＳＤ」、「Ｂ」、「パワー」、「エコ」、「ＶＳＣオフ」、「ＥＶ」毎に設定される。

すなわち、複数の制御形態のうちの少なくともいずれか一つの制御形態における制限値は、複数の制御形態のうちの少なくともいずれか一つの別の制御形態における制限値と異なるように設定される。

よって、複数の制御形態のうちの少なくともいずれか一つの制御形態におけるエンジン回転数ＮＥの変化率の制限値は、複数の制御形態のうちの少なくともいずれか一つの別の制御形態におけるエンジン回転数ＮＥの変化率の制限値と異なるように設定される。

同様に、複数の制御形態のうちの少なくともいずれか一つの制御形態におけるエンジン１００の出力パワーＰＥの変化率の制限値は、複数の制御形態のうちの少なくともいずれか一つの別の制御形態におけるエンジン１００の出力パワーＰＥの変化率の制限値と異なるように設定される。

また、複数の制御形態のうちの少なくともいずれか一つの制御形態における車両の出力トルクＴＰの変化率の制限値は、複数の制御形態のうちの少なくともいずれか一つの別の制御形態における車両の出力トルクＴＰの変化率の制限値と異なるように設定される。

本実施の形態においては、「ＳＤ」、「Ｂ」、「パワー」、「ＶＳＣオフ」における各制限値は、「Ｓ１」〜「ＳＮ」、「Ｄ」、「Ｒ」、「エコ」、「ＥＶ」における各制限値に比べて比較的大きく設定される。すなわち、「ＳＤ」、「Ｂ」、「パワー」、「ＶＳＣオフ」においては、「Ｓ１」〜「ＳＮ」、「Ｄ」、「Ｒ」、「エコ」、「ＥＶ」に比べて、エンジン１００の出力パワーＰＥおよび車両の出力パワーＴＰが速やかに変化することが許容される。

また、「Ｓ１」〜「ＳＮ」に関して、変速段が小さいほど、各制限値が大きくなるように設定される。この特徴は、前述した図６および図７においても示される。

以上のように、本実施の形態においては、エンジン回転数ＮＥの変化率の制限値が、ハイブリッド車を制御するための制御形態に応じて設定される。エンジン回転数ＮＥの変化率は、設定された制限値により制限される。これにより、エンジン回転数ＮＥの変化率を、ハイブリッド車を制御するための制御形態に応じて制限することができる。

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。

１００ エンジン、１１０ 第１モータジェネレータ、１２０ 第２モータジェネレータ、１３０ 動力分割機構、１４０ 減速機、１５０ バッテリ、１６０ 前輪、１７０ ＥＣＵ、１７２ シフトレバー、１７４ ポジションセンサ、１７６ パワーモードスイッチ、１７８ エコモードスイッチ、１８０ ドライブモードスイッチ、１８２ ＶＳＣオフスイッチ。

Claims (1)

1. 内燃機関および電動モータを駆動源として搭載したハイブリッド車の制御装置であって、
   前記ハイブリッド車を制御するための複数の制御形態の中から制御形態を選択し、選択された制御形態で前記ハイブリッド車を制御するための制御手段と、
   前記内燃機関の出力回転数の変化率を、予め設定された制限値により制限するように制御するための制御手段とを備え、
   前記複数の制御形態のうちの少なくともいずれか一つの制御形態における前記内燃機関の出力回転数の変化率の制限値は、前記複数の制御形態のうちの少なくともいずれか一つの別の制御形態における前記内燃機関の出力回転数の変化率の制限値と異なるように設定される、ハイブリッド車の制御装置。

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