JP2012240469A - 車両の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】エンジンの回転数の上昇を抑制する。
【解決手段】エンジンに連結されたモータジェネレータのトルクは、予め定められた上限値以下の範囲内で制御される。エンジントルクがモータジェネレータのトルクの上限値を超えると、上限値が一時的に増大される。尚、増大手段は、エンジンに吸入される空気の温度がしきい値より低い場合、エンジンに吸入される空気の温度に応じて、上限値を増大する。一方、上限値を増大した後、エンジンのトルクが上限値を下回ると、上限値を小さくする。
【選択図】図６

Description

本発明は、車両の制御装置に関し、特に、エンジンに連結された電動モータが搭載された車両において、電動モータのトルクを制御する技術に関する。

エンジンに加えて電動モータを搭載したハイブリッド車が知られている。ハイブリッド車は、電気自動車の一種として分類される場合もある。エンジンと電動モータとは、一例として、プラネタリギヤによって構成される差動装置により連結される。差動装置によってエンジンと電動モータとを連結した場合、たとえば、エンジンのトルクと電動モータのトルクとに応じてエンジン回転数（エンジン回転速度）が定まる。

特開２００５−１４５１５０号公報（特許文献１）は、実エンジン回転速度が許容上限回転速度を超えるような状況では、モータ／ジェネレータトルクの修正を行ない、エンジンの過回転を回避することを開示する。

特開２００５−１４５１５０号公報

しかしながら、一般的に、電動モータのトルクは予め定められた上限値以下に制限される。よって、エンジンのトルクが電動モータのトルクの上限値を越えた場合には、電動モータによってエンジンの回転数を抑制し難い。

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、エンジンの回転数の上昇を抑制することである。

第１の発明において、エンジンに連結された電動モータが搭載された車両の制御装置は、予め定められた上限値以下の範囲内で電動モータのトルクを制御するための手段と、エンジンのトルクが上限値を超えると、上限値を増大するための増大手段とを備える。

この構成によると、上限値を増大することによって、電動モータのトルクを大きくすることができる。そのため、エンジンの回転数の上昇を電動モータのトルクによって抑制できる。

第２の発明において、増大手段は、エンジンに吸入される空気の温度がしきい値より低く、かつエンジンのトルクが上限値を超えると、上限値を増大する。

この構成によると、エンジンの出力が増大補正されることに起因してエンジンのトルクが増大しやすくなる、吸気温度が低い状況下において、電動モータのトルクの上限値が増大され得る。そのため、必要な状況に限定して、電動モータのトルクの上限値を増大することができる。よって、電動モータに過度な負担がかからないようにできる。

第３の発明において、増大手段は、エンジンに吸入される空気の温度に応じて、上限値を増大する。

この構成によると、エンジンの出力の増大補正量に応じて、電動モータのトルクの上限値を増大できる。そのため、増大量を必要最小限に留め、電動モータに多大な負担がかかることを抑制できる。

第４の発明において、制御装置は、上限値を増大した後、エンジンのトルクが上限値を下回ると、上限値を小さくするための手段をさらに備える。

この構成によると、電動モータの通常のトルクでエンジン回転数の上昇を抑制できる状態に戻れば、電動モータのトルクの上限値を小さくし、電動モータに多大な負担がかかることを抑制できる。

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。 ハイブリッド車の電気システムを示す図である。 エンジンが駆動する期間および停止する期間を示す図である。 エンジンの動作線と等パワー線とを示す図である。 ＥＣＵが実行する処理を示すフローチャートである。 ＥＣＵが実行する処理の変形例を示すフローチャートである。

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、ハイブリッド車には、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とが搭載される。なお、以下の説明においては一例として外部の電源からの充電機能を有さないハイブリッド車について説明するが、外部の電源からの充電機能を有するプラグインハイブリッド車を用いてもよい。

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、バッテリ１５０は、ＥＣＵ（Electronic Control Unit）１７０により制御される。ＥＣＵ１７０は複数のＥＣＵに分割するようにしてもよい。

ハイブリッド車は、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。すなわち、エンジン１００および第２モータジェネレータ１２０のうちのいずれか一方もしくは両方が、運転状態に応じて駆動源として自動的に選択される。

たとえば、運転者がアクセルペダル１７２を操作した結果に応じて、エンジン１００および第２モータジェネレータ１２０が制御される。アクセルペダル１７２の操作量（アクセル開度）は、アクセル開度センサ（図示せず）により検出される。

アクセル開度が小さい場合および車速が低い場合などには、第２モータジェネレータ１２０のみを駆動源としてハイブリッド車が走行する。この場合、エンジン１００が停止される。ただし、発電などのためにエンジン１００が駆動する場合がある。

また、アクセル開度が大きい場合、車速が高い場合、バッテリ１５０の残存容量（ＳＯＣ：State Of Charge）が小さい場合などには、エンジン１００が駆動される。この場合、エンジン１００のみ、もしくはエンジン１００および第２モータジェネレータ１２０の両方を駆動源としてハイブリッド車が走行する。

エンジン１００は、内燃機関である。エンジン１００に吸入される空気の温度は、温度センサ１０２により検出され、ＥＣＵ１７０に入力される。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は、動力分割機構１３０を介してエンジン１００の出力軸（クランクシャフト）１０８に連結されている。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の残存容量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、後述するインバータにより交流から直流に変換される。その後、後述する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で示すように、共線図において直線で結ばれる関係になる。

共線図から理解されるように、エンジン１００の負荷となる方向に第１モータジェネレータ１１０のトルクを作用させることによって、エンジン１００の回転数の増大を抑制することが可能である。第１モータジェネレータ１１０のトルクは、その絶対値が予め定められた上限値以下となるように制限される。すなわち、上限値以下の範囲内で、第１モータジェネレータ１１０のトルクがＥＣＵ１７０によって制御される。

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。なお、バッテリ１５０の代わりにもしくは加えてキャパシタを用いるようにしてもよい。

図３を参照して、ハイブリッド車の電気システムについてさらに説明する。ハイブリッド車には、コンバータ２００と、第１インバータ２１０と、第２インバータ２２０と、システムメインリレー２３０とが設けられる。

コンバータ２００は、リアクトルと、二つのｎｐｎ型トランジスタと、二つダイオードとを含む。リアクトルは、各バッテリの正極側に一端が接続され、２つのｎｐｎ型トランジスタの接続点に他端が接続される。

２つのｎｐｎ型トランジスタは、直列に接続される。ｎｐｎ型トランジスタは、ＥＣＵ１７０により制御される。各ｎｐｎ型トランジスタのコレクタ−エミッタ間には、エミッタ側からコレクタ側へ電流を流すようにダイオードがそれぞれ接続される。

なお、ｎｐｎ型トランジスタとして、たとえば、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）を用いることができる。ｎｐｎ型トランジスタに代えて、パワーＭＯＳＦＥＴ（Metal Oxide Semiconductor Field-Effect Transistor）等の電力スイッチング素子を用いることができる。

バッテリ１５０から放電された電力を第１モータジェネレータ１１０もしくは第２モータジェネレータ１２０に供給する際、電圧がコンバータ２００により昇圧される。逆に、第１モータジェネレータ１１０もしくは第２モータジェネレータ１２０により発電された電力をバッテリ１５０に充電する際、電圧がコンバータ２００により降圧される。

コンバータ２００と、各インバータとの間のシステム電圧ＶＨは、電圧センサ１８０により検出される。電圧センサ１８０の検出結果は、ＥＣＵ１７０に送信される。

第１インバータ２１０は、Ｕ相アーム、Ｖ相アームおよびＷ相アームを含む。Ｕ相アーム、Ｖ相アームおよびＷ相アームは並列に接続される。Ｕ相アーム、Ｖ相アームおよびＷ相アームは、それぞれ、直列に接続された２つのｎｐｎ型トランジスタを有する。各ｎｐｎ型トランジスタのコレクタ−エミッタ間には、エミッタ側からコレクタ側へ電流を流すダイオードがそれぞれ接続される。そして、各アームにおける各ｎｐｎ型トランジスタの接続点は、第１モータジェネレータ１１０の各コイルの中性点１１２とは異なる端部にそれぞれ接続される。

第１インバータ２１０は、バッテリ１５０から供給される直流電流を交流電流に変換し、第１モータジェネレータ１１０に供給する。また、第１インバータ２１０は、第１モータジェネレータ１１０により発電された交流電流を直流電流に変換する。

第２インバータ２２０は、Ｕ相アーム、Ｖ相アームおよびＷ相アームを含む。Ｕ相アーム、Ｖ相アームおよびＷ相アームは並列に接続される。Ｕ相アーム、Ｖ相アームおよびＷ相アームは、それぞれ、直列に接続された２つのｎｐｎ型トランジスタを有する。各ｎｐｎ型トランジスタのコレクタ−エミッタ間には、エミッタ側からコレクタ側へ電流を流すダイオードがそれぞれ接続される。そして、各アームにおける各ｎｐｎ型トランジスタの接続点は、第２モータジェネレータ１２０の各コイルの中性点１２２とは異なる端部にそれぞれ接続される。

第２インバータ２２０は、バッテリ１５０から供給される直流電流を交流電流に変換し、第２モータジェネレータ１２０に供給する。また、第２インバータ２２０は、第２モータジェネレータ１２０により発電された交流電流を直流電流に変換する。

コンバータ２００、第１インバータ２１０および第２インバータ２２０は、ＥＣＵ１７０により制御される。

システムメインリレー２３０は、バッテリ１５０とコンバータ２００との間に設けられる。システムメインリレー２３０は、バッテリ１５０と電気システムとを接続した状態および遮断した状態を切換えるリレーである。システムメインリレー２３０が開いた状態であると、バッテリ１５０が電気システムから遮断される。システムメインリレー２３０が閉じた状態であると、バッテリ１５０が電気システムに接続される。

システムメインリレー２３０の状態は、ＥＣＵ１７０により制御される。たとえば、ＥＣＵ１７０が起動すると、システムメインリレー２３０が閉じられる。ＥＣＵ１７０が停止する際、システムメインリレー２３０が開かれる。

図４を参照して、エンジン１００の制御態様についてさらに説明する。図４に示すように、ハイブリッド車の出力パワーがエンジン始動しきい値より小さいと、第２モータジェネレータ１２０の駆動力のみを用いてハイブリッド車が走行する。

出力パワーは、ハイブリッド車の走行に用いられるパワーとして設定される。出力パワーは、たとえば、アクセル開度および車速などをパラメータに有するマップに従ってＥＣＵ１７０により算出される。なお、出力パワーを算出する方法はこれに限らない。なお、出力パワーの代わりに、トルク、加速度、駆動力およびアクセル開度などを用いるようにしてもよい。

ハイブリッド車の出力パワーがエンジン始動しきい値以上になると、エンジン１００が駆動される。これにより、第２モータジェネレータ１２０の駆動力に加えて、もしくは代わりに、エンジン１００の駆動力を用いてハイブリッド車が走行する。また、エンジン１００の駆動力を用いて第１モータジェネレータ１１０が発電した電力が第２モータジェネレータ１２０に直接供給される。

図５に示すように、エンジン１００の動作点、すなわちエンジン回転数ＮＥおよび出力トルクＴＥは、出力パワーと動作線との交点により定まる。

出力パワーは、等パワー線によって示される。動作線は、実験およびシミュレーションの結果に基づいて、開発者により予め定められる。動作線は、燃費が最適（最小）になるようにエンジン１００が駆動することができるように設定される。すなわち、動作線に沿ってエンジン１００が駆動することにより、最適な燃費が実現される。ただし、予め定められたトルクＴＥ１から予め定められたトルクＴＥ２までの区間において、動作線は、振動および騒音が減少するように設定される。なお、動作線の設定方法はこれらに限らない。

さらに、本実施の形態においては、エンジン１００に吸入される空気の温度（以下、吸気温度とも記載する）に応じて、エンジン１００の出力パワーが増大補正される。一例として、吸気温度が低いほどエンジン１００の出力パワーが増大するように補正される。なお、吸気温度に応じてエンジン１００の出力パワーを増大補正する方法はこれに限定されない。

エンジン１００の出力パワーを増大補正した場合、エンジン１００のトルクが第１モータジェネレータ１１０のトルクの上限値を超えることがあり得る。エンジン１００のトルクが第１モータジェネレータ１１０のトルクの上限値を超えた状況下では、エンジン１００の回転数の上昇を抑制するのに必要なトルクを第１モータジェネレータ１１０が実現することができない。そこで、本実施の形態では、エンジン１００のトルクが第１モータジェネレータ１１０のトルクの上限値を超えると、第１モータジェネレータ１１０のトルクを増大すべく、上限値が増大される。

図６を参照して、本実施の形態において、ＥＣＵ１７０が実行する処理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、エンジン１００のトルクが第１モータジェネレータ１１０のトルクの上限値を超えるか否かが判断される。エンジン１００のトルクは、たとえば、エンジン１００の負荷および回転数などをパラメータとして有するマップに基づいて算出される。エンジン１００のトルクを算出する方法には周知の一般的な方法を利用すればよいため、ここではその詳細な説明は繰り返さない。

エンジン１００のトルクが第１モータジェネレータ１１０のトルクの上限値を超えると（Ｓ１００にてＹＥＳ）、Ｓ１０２にて、上限値が一時的に増大される。たとえば、開発者により予め定められた一定の増大量だけ上限値が増大される。吸気温度に応じて異なる増大量だけ上限値を増大するようにしてもよい。一例として、吸気温度が低いほど増大量を大きくしてもよい。吸気温度が低いほど増大量を小さくしてもよい。

その後、Ｓ１０４にて、エンジン１００のトルクと所定の値との和が、第１モータジェネレータ１１０のトルクの上限値よりも小さいか否かが判断される。エンジン１００のトルクと所定の値との和が、第１モータジェネレータ１１０のトルクの上限値よりも小さいと（Ｓ１０４にてＹＥＳ）、第１モータジェネレータ１１０のトルクの上限値の一時的な増大が停止される。したがって、上限値が増大された後、エンジン１００のトルクが第１モータジェネレータ１１０のトルクの上限値を下回ると、上限値が小さくされる。すなわち、上限値が初期値に戻される。

以上のように、本実施の形態において、エンジン１００のトルクが第１モータジェネレータ１１０のトルクの上限値を上回ると、上限値が増大される。上限値を増大することによって、絶対値がより大きいトルクを第１モータジェネレータ１１０が実現できる。そのため、エンジン１００の回転数の上昇を第１モータジェネレータ１１０のトルクによって抑制できる。

なお、図７に示すように、Ｓ１１０にて、吸気温度がしきい値より低いか否かを判断し、吸気温度がしきい値より低く（Ｓ１１０にてＹＥＳ）、かつエンジン１００のトルクが第１モータジェネレータ１１０のトルクの上限値を超えると（Ｓ１００にてＹＥＳ）、Ｓ１０２にて、上限値を一時的に増大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。

１００ エンジン、１０２ 温度センサ、１１０ 第１モータジェネレータ、１３０ 動力分割機構、１７０ ＥＣＵ。

Claims (4)

1. エンジンに連結された電動モータが搭載された車両の制御装置であって、
   予め定められた上限値以下の範囲内で前記電動モータのトルクを制御するための手段と、
   前記エンジンのトルクが前記上限値を超えると、前記上限値を増大するための増大手段とを備える、車両の制御装置。
2. 前記増大手段は、前記エンジンに吸入される空気の温度がしきい値より低く、かつ前記エンジンのトルクが前記上限値を超えると、前記上限値を増大する、請求項１に記載の車両の制御装置。
3. 前記増大手段は、前記エンジンに吸入される空気の温度に応じて、前記上限値を増大する、請求項１に記載の車両の制御装置。
4. 前記上限値を増大した後、前記エンジンのトルクが前記上限値を下回ると、前記上限値を小さくするための手段をさらに備える、請求項１に記載の車両の制御装置。

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