JP2014043183A - ハイブリッド車両 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、バッテリの充電状態が低下しエンジン動力の必要時に、要求駆動力が高い場合には、直ちにエンジンを始動せず、バッテリの充電状態が第２の閾値以下に低下するまで始動を遅延させることを目的としている。
【解決手段】このため、バッテリとエンジンとモータを備え、エンジンからの動力とモータからの動力の少なくとも一方の動力により駆動されるハイブリッド車両であって、要求駆動力算出手段を備え、充電状態算出手段を備え、充電状態算出手段による充電状態が第１の閾値より低い場合に、車両を駆動する動力の一部を用いてエンジンを始動する制御手段を備え、制御手段は、要求駆動力算出手段による要求駆動力が予め設定された閾値よりも大きい場合には、充電状態算出手段による充電状態が第１の閾値より低い第２の閾値よりも低くなった場合にのみ、エンジンを始動する。
【選択図】図１

Description

この発明はハイブリッド車両に係り、特に複数の動力源を備え、それらの動力源からの動力を差動歯車機構により合成して駆動軸に入出力するハイブリッド自動車の制御装置であって、エンジンを自動始動させる際の制御方法に関する。特には、外部電源からの電力により充電可能なバッテリを搭載したハイブリッド車両（プラグインハイブリッド車両）に関する。

このプラグインタイプのハイブリッド車両は、バッテリのＳＯＣ（「バッテリ残容量」ともいう。）がある時は要求された駆動力にかかわらず、できる限りＥＶ走行を行う。
このとき、前記バッテリが蓄えた電力を主な動力源でＥＶ走行する期間をＣＤ走行という。
また、エンジンから出力させる動力を主な動力源とし、ＥＶ走行とＨＥＶ走行（エンジンを始動させている走行）とを繰り返し、バッテリのＳＯＣの収支バランスを取って走行する部分をＣＳ走行としている。

特許第３８０９８２４号公報 特開２０１０−２０２１１９号公報

ところで、従来のハイブリッド車両において、プラグインタイプのハイブリッド車両（「ＰＨＥＶ」とも記載する。）では、バッテリのＳＯＣが多い時はバッテリの電力を消費しながら走行するＣＤモード制御（一般的に、ＥＶ走行が用いられる。）を行う。
そして、バッテリのＳＯＣが決まった値以下（例：３０％以下）になると、エンジンを始動して発電を行い、バッテリのＳＯＣを所定の範囲内に制御しながら走行するＣＳモード制御を行い、バッテリあがりを防止している。
また、パラレルタイプのハイブリッド車両や動力分割機構を用いたハイブリッド車両においては、エンジンの始動の際に駆動用モータのトルクの一部を用いている。
この結果、上述のＣＤモード制御でのＥＶ走行中にバッテリのＳＯＣ低下によりＣＳモード制御へ移行する際に、ドライバの要求する駆動力が大きい場合には、エンジンの始動に伴って一時的に駆動力が低下し、ドライバの要求する駆動力を出力できないという不都合がある。
このような状態を解消するための対策としては、大きな駆動力を出力している間でも駆動力が低下することなく、エンジンを始動可能な大きな出力のモータを使用すれば良いものである。
しかし、この場合は、モータの大型化による搭載性の悪化や費用の増大という不都合がある。

この発明は、バッテリの充電状態が低下し、エンジンの動力を必要とされる場合において、運転者の要求駆動力の値が高い場合には、直ちにエンジンを始動しないで、さらにバッテリの充電状態が低下（第２の閾値以下に低下）する場合まで、エンジンの始動を遅延させて、運転者が要求した駆動力に沿った駆動力を出力することを優先させ、運転者の加速要求が強い（要求駆動力の値が大きい）場合に、運転者にエンジン始動により駆動力が低下したことを起因とした違和感を与えることを防ぐことを目的とする。

そこで、この発明は、上述不都合を除去するために、充放電可能なバッテリと、エンジンと、このエンジンから出力される動力を用いて発電した電力と、前記バッテリが蓄えた電力とを動力源とするモータとを備え、前記エンジンから出力される動力と前記モータから出力される動力の少なくともどちら一方の動力により駆動されるハイブリッド車両であって、運転者が要求する要求駆動力を算出する要求駆動力算出手段を備え、前記バッテリの充電状態を算出する充電状態算出手段を備え、この充電状態算出手段により算出された充電状態が、設定された第１の閾値より低くなった場合には、車両を駆動する動力の一部を用いて前記エンジンを始動する制御手段を備え、この制御手段は、前記要求駆動力算出手段により算出された要求駆動力が、予め設定された閾値よりも大きい場合には、前記充電状態算出手段により算出された充電状態が、前記第１の閾値より低い第２の閾値よりも低くなった場合にのみ、前記エンジンを始動することを特徴とする。

この発明によれば、バッテリの充電状態が低下し、エンジンの動力を必要とされる場合において、運転者の要求駆動力の値が高い場合には、直ちにエンジンを始動しないで、さらにバッテリの充電状態が低下（第２の閾値以下に低下）場合まで、エンジンの始動を遅延させて、運転者が要求した駆動力に沿った駆動力を出力することを優先させる。
これにより、運転者の加速要求が強い（要求駆動力の値が大きい）場合に、運転者にエンジン始動により駆動力が低下したことを起因とした違和感を与えることを防ぐことができる。

図１は、本発明の実施例に係るハイブリッド車両のＳＯＣと要求駆動力におけるエンジン始動制御用フローチャートである。（実施例） 図２は本発明のシステム構成を模式的に示した図である。（実施例） 図３は本発明のシステム構成、及びドライブユニットを示した図である。（実施例） 図４は車速と要求駆動力によるＥＶ走行領域を示す車速と出力可能駆動トルクとの関係図である。（実施例） 図５は車速と要求駆動力によるＥＶ走行領域を示すバッテリＳＯＣと時間との関係図である。（実施例） 図６はハイブリッド車両のＳＯＣの値にかかわらない基本制御特性を示す基本制御用フローチャートである。（実施例）

以下図面に基づいてこの発明の実施例を詳細に説明する。

図１〜図６はこの発明の実施例を示すものである。
図２において、１はハイブリッド車両、２は左前輪、３は右前輪、４は左後輪、５は右後輪、６はドライブユニット（「Ｄ／Ｕ」とも記載する。）である。
前記ハイブリッド車両１は、図２に示す如く、前記左右前輪２、３に連絡する前記ドライブユニット６を搭載している。
このドライブユニット６は、エンジン７と、モータ、例えば発電モータ（「第１モータジェネレータ」または「発電機」とも換言でき、「ＭＧ１」とも記載する。）８及び駆動モータ（「第２モータジェネレータ」とも換言でき、「ＭＧ２」とも記載する。）９と、遊星ギヤである第１遊星歯車機構１０及び第２遊星歯車機構１１とを備えている。
そして、前記ドライブユニット６には、蓄電手段であるバッテリ１２を接続し、このバッテリ１２に外部充電口１３を設けている。
このとき、前記ハイブリッド車両１は、充放電可能な前記バッテリ１２と、前記エンジン７と、このエンジン７から出力される動力を用いて発電した電力と、前記バッテリ１２が蓄えた電力とを動力源とするモータである前記駆動モータ９とを備え、前記エンジン７から出力される動力と前記駆動モータ９から出力される動力の少なくともどちら一方の動力により駆動される。

また、前記ハイブリッド車両１の制御装置１４において、ハイブリッド車両１は、図３に示す如く、前記エンジン７から出力される動力と前記駆動モータ９から出力される動力との少なくともどちら一方の動力を、動力伝達機構１５を介して、駆動軸１６に出力する。
つまり、前記ハイブリッド車両１の制御装置１４は、駆動系として、燃料の燃焼により駆動力を発生させるエンジン７の出力軸１７と、電気により駆動力を発生するとともに駆動により電気エネルギを発生する前記発電モータ８及び前記駆動モータ９と、ハイブリッド車両１の駆動輪である前記左右前輪２、３に接続される駆動軸１６と、出力軸１７、発電モータ８、駆動モータ９、駆動軸１６にそれぞれ連結された前記動力伝達機構１５の前記第１遊星歯車機構１０及び前記第２遊星歯車機構１１とを備えている。

前記エンジン７は、アクセルペダルの踏み込み量やエンジン要求に対応して吸入する空気量を調整するスロットルバルブ等の空気量調整手段（図示せず）と、吸入する空気量に対応する燃料を供給する燃料噴射弁等の燃料供給手段（図示せず）と、燃料に着火する点火装置等の着火手段（図示せず）とを備えている。
また、前記エンジン７は、空気量調整手段と燃料供給手段と着火手段とにより燃料の燃焼状態が制御され、燃料の燃焼により駆動力を発生する。

前記発電モータ８は、第１モータロータ軸１８と第１モータロータ１９と第１モータステータ２０とを備えている。
前記駆動モータ９は、第２モータロータ軸２１と第２モータロータ２２と第２モータステータ２３とを備えている。
また、前記発電モータ８の第１モータステータ２０は、第１インバータ２４に接続されている。
更に、前記駆動モータ９の第２モータステータ２３は、第２インバータ２５に接続されている。
さらに、また前記第１インバータ２４、前記第２インバータ２５のそれぞれの電源端子は、バッテリ１２と接続される。
そして、前記発電モータ８と前記駆動モータ９は、それぞれ前記第１インバータ２４と前記第２インバータ２５により制御される。

また、前記第１遊星歯車機構１０は、第１サンギヤ２６と、この第１サンギヤ２６に噛み合う第１プラネタリギア２７を支持する第１プラネタリキャリア２８と、第１プラネタリギア２７に噛み合う第１リングギア２９とを備えている。
前記第２遊星歯車機構１１は、第２サンギア３０と、この第２サンギア３０に噛み合う第２プラネタリギア３１を支持する第２プラネタリキャリア３２と、第２プラネタリギア３１に噛み合う第２リングギア３３とを備えている。
そして、前記第１遊星歯車機構１０と前記第２遊星歯車機構１１とは、各回転要素の回転中心線を同一軸上に配置し、前記エンジン７と前記第１遊星歯車機構１０との間に前記発電モータ８を配置し、前記第２遊星歯車機構１１のエンジン７から離れる側に前記駆動モータ９を配置している。
このとき、前記発電モータ８は、主に前記バッテリ１２の充電用に動作される。
また、前記駆動モータ９は、単独出力のみでハイブリッド車両を走行させることができる性能を備え、主にハイブリッド車両の走行用に動作される。
前記発電モータ８の第１サンギア２６には、前記発電モータ８の第１モータロータ軸１８を接続している。
また、前記第１遊星歯車機構１０の第１プラネタリキャリア２８と前記第２遊星歯車機構１１の第２サンギア３０とは、結合してエンジン７の出力軸１７に接続している。
更に、前記第１遊星歯車機構１０の第１リングギア２９と前記第２遊星歯車機構１１の第２プラネタリキャリア３２とは、結合して出力ギア筒の出力部３４に連結するとともにこの出力部３４を歯車やチェーン等の前記動力伝達機構１５を介して前記駆動軸１６に接続している。
このとき、前記第２遊星歯車機構１１の第２リングギア３３には、前記駆動モータ９の第２モータロータ軸２１を接続している。
これにより、ハイブリッド車両の駆動系においては、前記エンジン７と前記発電モータ８と前記駆動モータ９と前記駆動軸１６との間で、駆動力の授受を行う。
そして、前記エンジン７は前記発電モータ８のトルクを発生させ、発電モータ８が回転することでエンジン７のクランキングが行われ、燃料を噴射しエンジン７が始動する。

前記エンジン７の空気量調整手段と燃料供給手段と着火手段と、前記発電モータ８の第１インバータ２４と、前記駆動モータ９の第２インバータ２５とは、図３に示す如く、前記ハイブリッド車両１の制御装置１４の制御系である制御手段３５に接続されている。
このとき、前記エンジン７と前記発電モータ８及び前記駆動モータ９とのトルクの組み合わせは、無数に存在するため、前記バッテリ１２の充電状態や、ハイブリッド車両の走行状態によって、それぞれのトルク配分を決定し、エンジントルクが必要ない場合には、エンジン７を停止して燃費の向上を図る。

そして、前記ハイブリッド車両１の制御装置１４は、運転者が要求する要求駆動力を算出する要求駆動力算出手段３６を備え、前記バッテリ１２の充電状態を算出する充電状態算出手段３７を備え、この充電状態算出手段３７により算出された充電状態が、設定された第１の閾値Ｖ１より低くなった場合には、車両を駆動する動力の一部を用いて前記エンジン７を始動する前記制御手段３５を備え、この制御手段３５は、前記要求駆動力算出手段３６により算出された要求駆動力が、予め設定された閾値ｃよりも大きい場合には、前記充電状態算出手段３７により算出された充電状態が、前記第１の閾値Ｖ１より低い第２の閾値Ｖ２よりも低くなった場合にのみ、前記エンジン７を始動する構成とする。
このとき、第１の閾値は、前記エンジン７を始動して、モータである前記駆動モータ９の駆動力に加え、エンジン７の動力を必要とするのを判定するための前記バッテリ１２の充電状態の閾値であり、例えばＳＯＣ４０％とする。
また、第２の閾値Ｖ２は、運転者の要求した駆動力を出力するのを優先した場合の閾値であり、例えばＳＯＣ３５％とする。
詳述すれば、前記ハイブリッド車両１の制御装置１４において、前記制御手段３５は、前記要求駆動力算出手段３６により算出された要求駆動力と予め設定された閾値ｃとを比較する。
そして、要求駆動力算出手段３６の要求駆動力が予め設定された閾値ｃよりも大きい場合に、前記充電状態算出手段３７により算出された充電状態と前記第１の閾値Ｖ１より低い第２の閾値Ｖ２とを比較する。
この比較において、前記充電状態算出手段３７の充電状態が第２の閾値Ｖ２よりも低くなった場合にのみ、前記エンジン７を始動するものである。

このため、前記ハイブリッド車両１の制御装置１４においては、前記バッテリ１２の充電状態が低下し、前記エンジン７の動力を必要とされる場合に、運転者の要求駆動力の値が高い場合には、直ちにエンジン７を始動しないで、さらにバッテリ１２の充電状態が低下（第２の閾値Ｖ２以下に低下）する場合まで、エンジン７の始動を遅延させて、運転者が要求した駆動力に沿った駆動力を出力することを優先させる。
これにより、運転者の加速要求が強い（要求駆動力の値が大きい）場合に、運転者にエンジン始動により駆動力が低下したことを起因とした違和感を与えることを防ぐことができる。

追記すれば、この発明は、前記エンジン７エンジンの制御方法を従来と異なる手段によって、モータを必要以上に大きく、また費用をかける事無しに、ＣＤモードからＣＳモードヘの移行時においてドライバの要求どおりに駆動力を出力可能とするものである。
つまり、ドライバからの駆動要求によるＥＶ走行中、ＳＯＣがエンジンをかける判定を行う第１の閾値Ｖ１に達し、ＣＤモードからＣＳモードヘの移行によるエンジン始動が必要となった場合において、ドライバの要求する駆動力がエンジン始動時に出力可能な駆動力を超える場合には、ドライバの要求する駆動力がエンジン始動時に出力可能な駆動力以下となるまで前記エンジン７の始動をー時的に保留する。
また、一時的にエンジン始動を保留している間に上記第１の閾値Ｖ１より低い第２の閾値Ｖ２よりＳＯＣが低下した場合には、直ちに前記エンジン７の始動を行う。
これにより、ＣＤモードからＣＳモードヘ移行する際にエンジン始動時の駆動力低下を防止し、ドライバの要求駆動力とドライバビリティを悪化させることなく走行することができるようにしている。

また、図４において、曲線ｄは、車両速度（車速）に応じて変化する動力源（エンジン７と、駆動用モータ８）が出力できる駆動力を示し、閾値ｃにより曲線ｄ内に属する領域は領域ａと領域ｂとに分けられる。
更に、曲線ｅは、駆動モータ９のみで走行可能な駆動力を示している。
なお、プラグインハイブリッド車両（「ＰＨＥＶ」）１は、図４で示された領域ｂに属するような駆動力を要求された場合には、図４で示された領域ａに属するような駆動力を要求された場合よりも、エンジン７が作動しないＥＶ走行を実行するための条件の一つであるバッテリ１２のＳＯＣ条件が異なるように設定されている。
すなわち、バッテリ１２のＳＯＣが設定された閾値（図５ではＶ２）より大きい値を有している場合においては、前記エンジン７が作動しないＥＶ走行が実行できる。
しかし、領域ｂに属するような駆動力を要求され、かつＥＶ走行中において、バッテリ１２のＳＯＣが設定された閾値以下（図５ではＶ２）に低下した場合には、バッテリ１２を保護するためにエンジン７が作動する。
尚、図４で示された領域ａに属するような駆動力を要求された場合では、バッテリ１２のＳＯＣが設定された閾値（図５ではＶ１）より大きい値を有している場合においては、前記エンジン７が作動しないＥＶ走行が実行できる。
そこで、通常は図５の上記第１の閾値Ｖ１でエンジン７をかける所を、この要求駆動力を出力している場合は、図５の上記第２の閾値Ｖ２まではエンジン７をかけないで要求駆動力を出力し、要求が少なくなった時にエンジン７をかける。

次に、前記ハイブリッド車両１のＳＯＣの値にかかわらない基本制御特性を示す基本制御用フローチャートに沿って作用を説明する。

この基本制御用プログラムがスタート（１０１）すると、前記要求駆動力算出手段３６によって要求駆動力を算出する処理（１０２）に移行する。
そして、この処理（１０２）の後には、前記要求駆動力算出手段３６により算出された要求駆動力が予め設定された閾値ｅ未満であるか否かの判断（１０３）に移行する。
この要求駆動力算出手段３６により算出された要求駆動力が予め設定された閾値ｅ未満であるか否かの判断（１０３）において、判断（１０３）がＹＥＳの場合には、ＨＥＶモードとする処理（１０４）に移行する。
また、判断（１０３）がＮＯの場合には、ＥＶモードとする処理（１０５）に移行する。
これらの処理（１０４）及び処理（１０５）の後には、駆動力出力の処理（１０６）に移行し、その後に、基本制御用プログラムのエンド（１０７）に移行する。

また、前記ハイブリッド車両１のＳＯＣと要求駆動力におけるエンジン始動制御用フローチャートに沿って作用を説明する。

このエンジン始動制御用プログラムは、ＥＶモードＳＯＣによる発電管理制御である。
そして、このエンジン始動制御用プログラムがスタート（２０１）すると、ステップ１の判断（２０２）に移行する。
このステップ１の判断（２０２）においては、前記充電状態算出手段３７により算出された充電状態が第１の閾値Ｖ１以下であるか否かの判断を、前記制御手段３５が行う。このとき、第１の閾値Ｖ１は、例えばＳＯＣ４０％である。
そして、前記充電状態算出手段３７により算出された充電状態が第１の閾値Ｖ１以下であるか否かのステップ１の判断（２０２）において、この判断（２０２）がＮＯの場合には、このままＥＶモードを継続させ、後述するエンジン始動制御用プログラムのエンド（２０６）に移行する。
判断（２０２）がＹＥＳの場合には、ステップ２の判断（２０３）に移行する。
このステップ２の判断（２０３）においては、前記要求駆動力算出手段３６により算出された要求駆動力が予め設定された閾値ｃ以上であるか否かの判断を、前記制御手段３５が行う。このとき、予め設定された閾値ｃは、図４の領域ａと領域ｂとの境界を示している。なお、予め設定された閾値ｃは、「駆動トルクテーブルｃ［Ｎｍ］」とも記載するものである。
前記要求駆動力算出手段３６により算出された要求駆動力が予め設定された閾値ｃ以上であるか否かのステップ２の判断（２０３）において、この判断（２０３）がＹＥＳの場合には、ステップ３の判断（２０４）に移行する。
このステップ３の判断（２０４）においては、前記充電状態算出手段３７により算出された充電状態が前記第１の閾値Ｖ１より低い第２の閾値Ｖ２以下であるか否かの判断を、前記制御手段３５が行う。このとき、第２の閾値Ｖ２は、例えばＳＯＣ３５％である。
また、上述の前記要求駆動力算出手段３６により算出された要求駆動力が予め設定された閾値ｃ以上であるか否かの判断（２０３）がＮＯの場合には、ステップ４の処理（２０５）に移行する。
このステップ４の処理（２０５）は、前記エンジン７を直ちに始動し、ＨＥＶモードに移行する処理を行う。
そして、上述の前記充電状態算出手段３７により算出された充電状態が前記第１の閾値Ｖ１より低い第２の閾値Ｖ２以下であるか否かのステップ３の判断（２０４）がＮＯ、及び、上述のステップ４の処理（２０５）の後には、エンジン始動制御用プログラムのエンド（２０６）に移行する。

１ ハイブリッド車両
６ ドライブユニット（「Ｄ／Ｕ」とも記載する。）
７ エンジン
８ 発電モータ（「第１モータジェネレータ」または「発電機」とも換言でき、「ＭＧ１」とも記載する。）
９ 駆動モータ（「第２モータジェネレータ」とも換言でき、「ＭＧ２」とも記載する。）
１０ 第１遊星歯車機構
１１ 第２遊星歯車機構
１２ バッテリ
１３ 外部充電口
１４ 制御装置
１５ 動力伝達機構
１６ 駆動軸
１７ 出力軸
１８ 第１モータロータ軸
１９ 第１モータロータ
２０ 第１モータステータ
２１ 第２モータロータ軸
２２ 第２モータロータ
２３ 第２モータステータ
２４ 第１インバータ
２５ 第２インバータ
２６ 第１サンギヤ
２７ 第１プラネタリギア
２８ 第１プラネタリキャリア
２９ 第１リングギア
３０ 第２サンギア
３１ 第２プラネタリギア
３２ 第２プラネタリキャリア
３３ 第２リングギア
３４ 出力部
３５ 制御手段
３６ 要求駆動力算出手段
３７ 充電状態算出手段
ｃ 予め設定された閾値
Ｖ１ 第１の閾値
Ｖ２ 第２の閾値

Claims (1)

1. 充放電可能なバッテリと、エンジンと、このエンジンから出力される動力を用いて発電した電力と、前記バッテリが蓄えた電力とを動力源とするモータとを備え、前記エンジンから出力される動力と前記モータから出力される動力の少なくともどちら一方の動力により駆動されるハイブリッド車両であって、運転者が要求する要求駆動力を算出する要求駆動力算出手段を備え、前記バッテリの充電状態を算出する充電状態算出手段を備え、この充電状態算出手段により算出された充電状態が、設定された第１の閾値より低くなった場合には、車両を駆動する動力の一部を用いて前記エンジンを始動する制御手段を備え、この制御手段は、前記要求駆動力算出手段により算出された要求駆動力が、予め設定された閾値よりも大きい場合には、前記充電状態算出手段により算出された充電状態が、前記第１の閾値より低い第２の閾値よりも低くなった場合にのみ、前記エンジンを始動することを特徴とするハイブリッド車両。

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