JP2013052710A - ハイブリット車両の制御装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】本発明は、車両としての最大トルクを発生することができ、車両の運動性能を向上することのできるハイブリット車両の制御装置を提供する。
【解決手段】切換車速判定部(21)では、運転者により操作される走行モードスイッチのスイッチ位置情報に基づき、運転者が要求する走行モードを判定し、ハイブリッド方式をシリーズモードからパラレルモードへの切換車速の設定を行う。そして、シリーズパラレル切換判定部(22)では、切換車速判定部(21)で判定された走行モードに対し設定された切換車速と車速センサにて検出される車速とに基づいて、シリーズモードとパラレルモードとの切り換えの判定を行う。そして、クラッチ制御部(23)では、シリーズパラレル切換判定部(22)での判定結果に基づいてクラッチの断接の制御を行う。
【選択図】図２

Description

本発明は、ハイブリット車両の制御装置に係り、詳しくは、内燃機関の動力を伝達するクラッチの作動制御に関する。
近年、内燃機関と電動機との双方を設け、動力源とするハイブリッド車両が開発されている。ハイブリッド車両のハイブリッド方式として、大きく分けてシリーズモードとパラレルモードとがある。シリーズモードは、内燃機関の動力で発電機を駆動し、発電機により得られた電力にて駆動軸と結合された電動機を駆動し車両を走行させる方式である。また、パラレルモードは、内燃機関の動力で駆動軸を駆動し、蓄電池より得られた電力にて駆動軸に結合された電動機を駆動し、車両の運転状態に応じて内燃機関の動力と電動機の動力のどちらか一方或いは双方を用いて車両を走行させる方式である。
このような、シリーズモードでは、内燃機関を発電機の駆動のみに用いており、車両の運転状態に関わらず内燃機関の最も効率のよい運転状態で内燃機関を運転することができるので、燃費を良くすることができる。そして、パラレルモードでは、内燃機関から出力される動力で駆動軸を駆動しており、内燃機関の動力を発電機にて電力に変換しておらず、発電機での電力への変換による損失がないため、シリーズモードよりも更に燃費を良くすることが可能である。
しかしながら、シリーズモードでは、電動機のみで動力を発生させており、電動機の特性上高回転側での出力トルクが減少することが知られている。
このようなことから、車両の低車速時には電動機の動力のみで走行するシリーズモードとし、車速が上昇すると内燃機関と電動機の動力で走行するパラレルモードとすることで、車両の燃費を悪化させることなく、動力性能を確保する技術が開発されている（特許文献１）。
特開２００３−２３７３９２号公報
上記特許文献１のハイブリッド車両では、シリーズモードとパラレルモードとを燃費と出力トルクから総合的に判定して、バランスの良くなる車速で切り換えるようにしている。
しかしながら、特許文献１のように燃費と出力とがバランスの良い車速でシリーズモードとパラレルモードとを切り換えるようにすると、切り換え車速よりも高い車速での走行時に運転者が大きなトルクを要求した場合には、車両として発生することのできる最大トルクを発生することができない問題がある。
このように運転者の要求時に最大トルクの発生が不可であると車両の運動性能が悪化し好ましいことではない。
本発明は、この様な問題を解決するためになされたもので、その目的とするところは、車両としての最大トルクを発生することができ、車両の運動性能を向上することのできるハイブリット車両の制御装置を提供することにある。
上記の目的を達成するために、請求項１のハイブリット車両の制御装置では、車両に搭載された内燃機関及び電動機と、前記内燃機関及び前記電動機のうち少なくともいずれか一方により駆動される駆動輪と、前記内燃機関により駆動されて発電する発電機と、前記発電機にて発電した電力を蓄電し、更に蓄電した電力を前記電動機に供給する二次電池と、前記内燃機関と前記駆動輪との間に介装され、前記内燃機関から前記駆動輪に伝達される動力を断接するクラッチと、前記車両の車速を検出する車速検出手段と、前記クラッチを開放して前記二次電池又は前記発電機から供給される電力により前記電動機が発生した動力で前記駆動輪を駆動するシリーズモードと、前記クラッチを接続して前記内燃機関の動力と前記二次電池から供給される電力により前記電動機が発生した動力とで前記駆動輪を駆動するパラレルモードとの切り換えを行うモード切換制御手段と、を備え、前記モード切換制御手段は、前記シリーズモードで発生可能な最大トルクと前記パラレルモードで発生可能な最大トルクとが一致する車速にて前記シリーズモードと前記パラレルモードとを切り換えることを特徴とする。
また、請求項２のハイブリット車両の制御装置では、請求項１において、前記車両の運転状態を第１の運転モードと前記第１の運転モードより前記二次電池の電力消費量を抑制した第２の運転モードとに切り換える運転状態切換手段を備え、前記モード切換制御手段は、前記運転状態切換手段が前記第１の運転モードである場合には、前記シリーズモードで発生可能な最大トルクと前記パラレルモードで発生可能な最大トルクとが一致する車速にて前記シリーズモードと前記パラレルモードとの切り換えを行い、前記運転状態切換手段が前記第２の運転モードである場合には、前記第１の運転モードでの切り換え車速より低い車速で前記シリーズモードと前記パラレルモードとを切り換えることを特徴とする。
また、請求項３のハイブリット車両の制御装置では、請求項１或いは２において、前記二次電池の充電率を検出する二次電池残量検出手段と備え、前記モード切換制御手段は、前記充電率が所定値以上の場合には、前記シリーズモードで発生可能な最大トルクと前記パラレルモードで発生可能な最大トルクとが一致する車速にて前記シリーズモードと前記パラレルモードとの切り換えを行い、前記充電率が前記所定値未満となった場合には、前記二次電池残量検出手段の検出結果に基づき、前記二次電池の充電率が低下するにつれ、前記シリーズモードと前記パラレルモードとを切り換える車速を低下させることを特徴とする。
請求項１の発明によれば、シリーズモードからパラレルモードへのハイブリッド方式の切り換えをシリーズモードで発生可能な最大トルクとパラレルモードで発生可能な最大トルクとが一致する車速にて切り換えるようにしている。
したがって、ハイブリッド方式の切り換えをそれぞれのモードで発生可能な最大トルクが一致する車速としており、車両として最大の出力トルクを常に発生することのできるので、車両の運動性能を向上させることができる。
また、請求項２の発明によれば、運転状態切換手段が第１の運転モードである場合には、シリーズモードで発生可能な最大トルクとパラレルモードで発生可能な最大トルクとが一致する車速にてシリーズモードとパラレルモードとの切り換えを行い、運転状態切換手段が第２の運転モードである場合には、第１の運転モードでのシリーズモードとパラレルモードとの切り換え車速より低い車速でシリーズモードとパラレルモードとを切り換えるようにしている。
このように、第２の運転モードでのシリーズモードからパラレルモードへの切り換える車速を第１の運転モードの車速よりも低くして、例えば車両が低速で走行している時からシリーズモードからパラレルモードに切り換えることで、シリーズモードでの内燃機関で発電機を駆動し発電を行う期間を短くできる。
したがって、シリーズモードでの内燃機関で発電機を駆動し電力を得ることは発電機でのエネルギ変換効率が悪いことから、内燃機関で発電機の駆動する期間を短くすることにより、エネルギ変換による損失を低減でき、内燃機関の燃費を向上させることができる。
また、請求項３の発明によれば、二次電池の充電率が低下するにつれ、シリーズモードとパラレルモードとを切り換える車速を低下させるようにし、内燃機関の動力により車両を走行させることができるので二次電池の充電率の低減を抑制することができ、二次電池による走行距離を伸ばすことができる。
本発明に係るハイブリット車両の制御装置を搭載した車両の概略構成図である。 本発明に係るハイブリット車両の制御装置のＥＣＵのブロック図である。 本発明に係るハイブリッド方式切換制御の制御フローチャートである。 本発明に係るハイブリット車両の制御装置のトルクと車速の関係を示す図である。 本発明に係る高電圧バッテリの充電率と切替車速の関係を示す図である。
以下、本発明の実施の形態を図面に基づき説明する。
図１は、本発明に係るハイブリット車両の制御装置を搭載した車両の概略構成図である。図２は、本発明に係るハイブリット車両の制御装置のＨＶ−ＥＣＵのブロック図である。以下、ハイブリット車両の制御装置の構成を説明する。
本発明に係るハイブリット車両の制御装置が用いられる車両１は、当該車両１の走行装置として、燃料タンク２より燃料配管３を介して燃料が供給されるエンジン（内燃機関）４と高電圧バッテリ（二次電池）５及びジェネレータ（発電機）６より高電圧回路７を介して高電圧の電力が供給されインバータ８により作動を制御される走行用モータ（電動機）９とを備え、図示しない充電リッドに外部電源より延びる充電ケーブルを接続し、充電器にて高電圧バッテリ５を充電することができるハイブリッド自動車である。
図１に示すように、本発明に係るハイブリット車両の制御装置は、車両１に搭載されるエンジン４と、高電圧バッテリ５と、ジェネレータ６と、走行用モータ９と、クラッチ１０と、車速センサ（車速検出手段）１１と、走行モードスイッチ（運転状態切換手段）１２と、車両の総合的な制御を行うための制御装置であって、入出力装置、記憶装置（ＲＯＭ、ＲＡＭ、不揮発性ＲＡＭ等）及び中央演算処理装置（ＣＰＵ）等を含んで構成される電子コントロールユニット（以下、ＨＶ−ＥＣＵという）（モード切換制御手段）２０とで構成されている。
エンジン４は、運転者の図示しないアクセルペダルの操作量に応じて動力を発生するものである。当該エンジン４で発生した動力は、変速比が固定されている減速機１３を介して、ジェネレータ６とクラッチ１０を介して駆動輪１５を駆動する駆動軸１４とに伝達される。
高電圧バッテリ５は、リチウムイオン電池等の二次電池で構成されるものである。また、高電圧バッテリ５は、電池セルを監視するセルモニタリングユニットを備える複数の電池セルを一つのモジュールとし更に複数のモジュールで構成される電池モジュールと、セルモニタリングユニットの出力に基づき電池モジュールの温度及び充電率（State Of Charge、以下、ＳＯＣ）等を監視するバッテリモニタリングユニットとで構成されている。
ジェネレータ６は、エンジン４により駆動されて発電し、インバータ８を介して高電圧バッテリ５或いは走行用モータ９に電力を供給するものである。また、ジェネレータ６の作動は、インバータ８により制御される。
インバータ８は、ＨＶ−ＥＣＵ２０からの制御信号に基づきジェネレータ６の発電及び走行用モータ９の駆動を制御するものである。
クラッチ１０は、エンジン４と駆動軸１４との間に介装され、ＨＶ−ＥＣＵ２０からの制御信号に基づき、駆動軸１４へのエンジン４の動力の伝達を断接するものである。
車速センサ１１は、駆動軸１４の端部のハブ部に設けられ、車両１の車速を検出するものである。
走行モードスイッチ１２は、ダイヤル式のスイッチである。走行モードスイッチ１２は、運転者によって操作され、走行モードスイッチ１２を回転させて、運転者が任意に例えば、走行時の運動性能を重視するＮｏｒｍａｌモード（第１の運転モード）や、走行時の電力消費及び燃料消費を抑制するＥＣＯモード（第２の運転モード）等の走行モードを切り換えるものである。尚、本実施例では、第１の運転モードをＮｏｒｍａｌモードとし、第２の運転モードをＥＣＯモードとして説明するが、別の実施例として第１の運転モードがＰｏｗｅｒモードであって第２の運転モードがＮｏｒｍａｌモードと考えることもできる。
ＨＶ−ＥＣＵ２０は、車両１の総合的な制御を行うための制御装置であり、入出力装置、記憶装置（ＲＯＭ、ＲＡＭ、不揮発性ＲＡＭ等）、中央演算処理装置（ＣＰＵ）及びタイマ等を含んで構成される。
ＨＶ−ＥＣＵ２０の入力側には、上記高電圧バッテリ５のバッテリモニタリングユニット、車速センサ１１及び走行モードスイッチ１２が接続されており、これらの機器からの検出情報が入力される。
一方、ＨＶ−ＥＣＵ２０の出力側には、上記エンジン４、インバータ８及びクラッチ１０が接続されている。
図２に示すように、ＨＶ−ＥＣＵ２０は、切換車速判定部２１と、シリーズパラレル切換判定部２２と、クラッチ制御部２３とで構成されている。
切換車速判定部２１は、運転者により操作される走行モードスイッチ１２のスイッチ位置情報に基づき、運転者が要求する走行モードを判定し、ハイブリッド方式のシリーズモードとパラレルモードとを切り換える車速の設定を行う。
シリーズパラレル切換判定部２２は、切換車速判定部２１で判定された走行モードに対し設定された切換車速と車速センサ１１にて検出される車速とに基づいて、シリーズモードとパラレルモードとの切り換えの判定を行う。
クラッチ制御部２３は、シリーズパラレル切換判定部２２での判定結果に基づいてクラッチ１０の断接の制御を行う。
このように、構成されたＨＶ−ＥＣＵ２０は、ハイブリッド方式を車速センサ１１にて検出される車速に基づき、インバータ８とクラッチ１０とを制御して、走行用モータ９の動力のみで車両１を走行させるシリーズモードと、エンジン４と走行用モータ９の動力で車両１を走行させるパラレルモードとを切り換えて走行する。詳しくは、シリーズモードでは、クラッチ１０を開放してエンジン４から減速機１３を介して駆動軸１４への動力の伝達を不可とする。そして、インバータ８を制御してエンジン４の動力でジェネレータ６にて電力を発電し、ジェネレータ６にて発電した電力と高電圧バッテリ５に蓄電された電力とを走行用モータ９に供給する。そして、走行用モータ９にて動力を発生させ、走行用モータ９の動力で車両１を走行させる。また、パラレルモードでは、インバータ８を制御してエンジン４の動力によるジェネレータ６での発電を不可とする。そして、クラッチ１０を接続しエンジン４から減速機１３を介して駆動軸１４への動力の伝達を可能とする。また、高電圧バッテリ５に蓄電された電力を走行用モータ９に供給する。そして、走行用モータ９にて動力を発生させる。減速機１３を介して伝達されるエンジン４の動力と走行用モータにて発生する動力とで車両１を走行させる。
以下、このように構成された本発明に係るＨＶ−ＥＣＵ２０でのハイブリッド方式切換制御について説明する。
図３は、ハイブリッド方式切換制御の制御フローチャートである。また、図４は、ハイブリット車両の制御装置のトルクと車速の関係を示す図であり、図中太実線はシリーズモードでの発生可能な最大トルクを示す。詳しくは、シリーズモードの最大トルクは、高電圧バッテリ５とジェネレータ６とから供給される電力により走行用モータ９で発生可能な最大トルクである。また、図中太破線はパラレルモードでの発生可能な最大トルクを示す。詳しくは、パラレルモードの最大トルクは、図中細一点鎖線で示されるエンジン４での発生可能な最大トルクと図中細二点鎖線で示される高電圧バッテリ５のみから供給される電力により走行用モータ９で発生可能な最大トルクとを合算したトルクである。また、図中の車速Ｖnは、走行モードがＮｏｒｍａｌモード（第１の運転モード）である時のハイブリット方式がシリーズモードからパラレルモードへ切り換わる車速である。そして、当該車速Ｖnは、シリーズモードでの当該車速に基づく最大トルクとパラレルモードでの当該車速に基づく最大トルクとが一致する車速に設定されている。また、図中の車速Ｖeは、走行モードがＥＣＯモード（第２の運転モード）である時のハイブリッド方式がシリーズモードからパラレルモードへ切り換わる車速である。そして、当該車速Ｖeは、車速Ｖnよりも低い車速に設定されている。
図３に示すように、ステップＳ１０では、ＥＣＯモードか、否かを判別する。詳しくは、切換車速判定部２１にて、走行モードスイッチ１２のスイッチ位置情報より走行モードがＥＣＯモードであるか、否かを判別する。判別結果が真（Ｙｅｓ）で走行モードがＥＣＯモードであれば、ステップＳ１２に進み、切換車速Ｖcを図４に示す車速Ｖeとする。そして、ステップＳ１６に進む。また、判別結果が否（Ｎｏ）で走行モードがＮｏｒｍａｌモードであれば、切換車速Ｖcを図４に示す車速Ｖnとする。そして、ステップＳ１６に進む。
ステップＳ１６では、車速が切換車速Ｖc以上であるか、否かを判別する。詳しくは、シリーズパラレル切換判定部２２にて、車速センサ１１で検出される現在の車速がステップＳ１２或いはステップＳ１４で設定される切換車速Ｖc以上か、否かを判別する。判別結果が真（Ｙｅｓ）で現在の車速が切換車速Ｖc以上であれば、ステップＳ１８に進み、ハイブリッド方式をパラレルモードとする。そして、ステップＳ２２に進む。また、判別結果が否（Ｎｏ）で現在の車速が切換車速Ｖcより低ければ、ハイブリッド方式をシリーズモードとする。そして、ステップＳ２２に進む。
ステップＳ２２では、パラレルモードか、否かを判別する。詳しくは、ステップＳ１８で、クラッチ制御部２３にて、パラレルモードに設定されたか、否かを判別する。判別結果が真（Ｙｅｓ）でパラレルモードに設定されていれば、ステップＳ２４に進む。また、判別結果が否（Ｎｏ）でシリーズモードに設定されていれば、ステップＳ２６に進む。
ステップＳ２４では、クラッチ制御部２２より制御信号を出力してクラッチ１０を接続するように作動を制御する。また、合わせてジェネレータ６で発電不能となるようにインバータ８を制御する。そして、本ルーチンを抜ける。
ステップＳ２６では、クラッチ制御部２２より制御信号を出力してクラッチ１０を開放するように作動を制御する。また、合わせてエンジン４の動力によりジェネレータ６で発電可能となるようにインバータ８を制御する。そして、本ルーチンを抜ける。
このように、本発明に係るハイブリット車両の制御装置では、シリーズモードからパラレルモードへのハイブリッド方式の切り換えをシリーズモードで発生可能な最大トルクとパラレルモードで発生可能な最大トルクとが交差する車速Ｖnにて切り換えるようにしている。
したがって、ハイブリッド方式の切り換えをそれぞれのモードでの発生可能な最大トルクが交差する車速Ｖnとしており、車両として最大の出力トルクを常に発生することのできるので、車両の運動性能を向上させることができる。
また、走行モードがＮｏｒｍａｌモードである場合には、シリーズモードで発生可能な最大トルクとパラレルモードで発生可能な最大トルクとが交差する車速Ｖnにてシリーズモードとパラレルモードとを切り換え、走行モードがＥＣＯモードである場合には、Ｎｏｒｍａｌモードでのシリーズモードとパラレルモードとの切り換え車速Ｖnより低い車速Ｖeでシリーズモードとパラレルモードとを切り換えるようにしている。
このように、ＥＣＯモードでのシリーズモードからパラレルモードへの切り換える車速ＶeをＮｏｒｍａｌモードの車速Ｖnよりも低くして、車両が低速で走行している時からシリーズモードからパラレルモードに切り換えることは、シリーズモードでのエンジン４でジェネレータ６を駆動し発電を行う期間を短くできる。
したがって、シリーズモードでのエンジン４でジェネレータ６を駆動し電力を得ることはジェネレータ６でのエネルギ変換効率が悪いことから、エンジン４でジェネレータ６の駆動する期間を短くすることにより、エネルギ変換による損失を低減でき、エンジン４の燃費を向上させることができる。
また、本実施形態では、運転者のトルク要求としてアクセル操作によってシリーズモードとパラレルモードとを切り換えるような車両と比較して、モード切換えの頻度を抑えることができるので、クラッチ１０の寿命を延ばすことができるとともに、モード切換え時におけるトルク変動を抑制することができる。
以上で発明の実施形態の説明を終えるが、本発明の形態は実施形態に限定されるものではない。
例えば、本実施形態は、ＥＣＯモードでのハイブリッド方式を切り換える車速Ｖeを固定としているが、これに限定するものではなく、例えば、図５に示すようなマップを用いて、高電圧バッテリ５のＳＯＣに基づいて車速Ｖeを補正するようにしても良い。このことにより、高電圧バッテリ５のＳＯＣが低下するにつれ、シリーズモードとパラレルモードとを切り換える車速Ｖeを低下させるようにし、エンジン４の動力により車両１を走行させることができるので高電圧バッテリ５のＳＯＣの低減を抑制することができ、高電圧バッテリ５による走行距離を伸ばすことができる。
１ 車両
４ エンジン（内燃機関）
５ 高電圧バッテリ（二次電池）
６ ジェネレータ（発電機）
９ 走行用モータ（電動機）
１０ クラッチ
１１ 車速センサ（車速検出手段）
１２ 走行モードスイッチ（運転状態切換手段）
１５ 駆動輪
２０ ＨＶ−ＥＣＵ（モード切換制御手段）
２１ 切換車速判定部
２２ シリーズパラレル切換判定部
２３ クラッチ制御部

Claims (3)

  1. 車両に搭載された内燃機関及び電動機と、
    前記内燃機関及び前記電動機のうち少なくともいずれか一方により駆動される駆動輪と、
    前記内燃機関により駆動されて発電する発電機と、
    前記発電機にて発電した電力を蓄電し、更に蓄電した電力を前記電動機に供給する二次電池と、
    前記内燃機関と前記駆動輪との間に介装され、前記内燃機関から前記駆動輪に伝達される動力を断接するクラッチと、
    前記車両の車速を検出する車速検出手段と、
    前記クラッチを開放して前記二次電池又は前記発電機から供給される電力により前記電動機が発生した動力で前記駆動輪を駆動するシリーズモードと、前記クラッチを接続して前記内燃機関の動力と前記二次電池から供給される電力により前記電動機が発生した動力とで前記駆動輪を駆動するパラレルモードとの切り換えを行うモード切換制御手段と、を備え、
    前記モード切換制御手段は、前記シリーズモードで発生可能な最大トルクと前記パラレルモードで発生可能な最大トルクとが一致する車速にて前記シリーズモードと前記パラレルモードとを切り換えることを特徴とするハイブリット車両の制御装置。
  2. 前記車両の運転状態を第１の運転モードと前記第１の運転モードより前記二次電池の電力消費量を抑制した第２の運転モードとに切り換える運転状態切換手段を備え、
    前記モード切換制御手段は、前記運転状態切換手段が前記第１の運転モードである場合には、前記シリーズモードで発生可能な最大トルクと前記パラレルモードで発生可能な最大トルクとが一致する車速にて前記シリーズモードと前記パラレルモードとの切り換えを行い、前記運転状態切換手段が前記第２の運転モードである場合には、前記第１の運転モードでの切り換え車速より低い車速で前記シリーズモードと前記パラレルモードとを切り換えることを特徴とする、請求項１に記載のハイブリット車両の制御装置。
  3. 前記二次電池の充電率を検出する二次電池残量検出手段と備え、
    前記モード切換制御手段は、前記充電率が所定値以上の場合には、前記シリーズモードで発生可能な最大トルクと前記パラレルモードで発生可能な最大トルクとが一致する車速にて前記シリーズモードと前記パラレルモードとの切り換えを行い、前記充電率が前記所定値未満となった場合には、前記二次電池残量検出手段の検出結果に基づき、前記二次電池の充電率が低下するにつれ、前記シリーズモードと前記パラレルモードとを切り換える車速を低下させることを特徴とする、請求項１或いは２に記載のハイブリット車両の制御装置。
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