JP2014083907A - 車両の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】駆動源としてのモータジェネレータの温度上昇を抑制する。
【解決手段】ハイブリッド車には、エンジンおよびモータジェネレータが駆動源として搭載される。モータジェネレータにオイルを供給するオイルポンプは、エンジンによって駆動される。エンジンを制御するＥＣＵは、エンジンの駆動中に、モータジェネレータの温度が高いほどエンジンの出力トルクが大きくなるようにエンジンを制御する。
【選択図】図７

Description

本発明は、車両の制御装置に関し、特に、駆動源として車両に搭載された電動モータにオイルを供給するポンプを駆動するエンジンを制御する技術に関する。

車両に搭載されるトランスミッションなどには、潤滑、作動、冷却などのためのオイルをオイルポンプから供給することが一般的である。一例として、オイルポンプはエンジンによって駆動される。

しかしながら、エンジンを間欠的に停止することが可能なハイブリッド車において、エンジンが停止した場合、オイルポンプが駆動されないために、電動モータへのオイル供給が途絶え得る。したがって、エンジンが停止した時間が長くなると、オイルによる電動モータの冷却ができないことにより、電動モータの温度が高くなり得る。

電動モータの温度上昇を防ぐべく、特開２０１１−２４５８８６号公報（特許文献１）のように、電動モータの温度または路面の勾配に応じてエンジンの間欠停止を制限する技術が提案されている。また、特開２０１１−２４５８８６号公報においては、図３および図４において、電動モータの温度が高いほど、もしくは路面の勾配が大きいほど、エンジンの回転数の下限値を大きくすることが記載されている。

特開２０１１−２４５８８６号公報

しかしながら、エンジンの回転数の下限値を高くしても、オイルの供給量が増大して電動モータの冷却能力は向上するものの、電動モータの発熱量自体を低減することはできない。したがって、発熱量が冷却量を上回れば、電動モータの温度が上昇し続ける。また、エンジン回転数は車速とトランスミッションの変速比とによって定まるため、エンジン回転数だけを何の制約も受けずに自由に変更することは容易ではない。

本発明は、上述の課題に鑑みてなされたものであって、その目的は、駆動源としての電動モータの温度上昇を抑制することである。

車両には、エンジンおよび電動モータが駆動源として搭載される。電動モータにオイルを供給するポンプは、エンジンによって駆動される。この車両の制御装置は、電動モータの温度を検出するための手段と、エンジンの駆動中に、電動モータの温度が高いほどエンジンの出力トルクを大きくするための制御手段とを備える。

エンジンの出力トルクを大きくすることにより、走行用の駆動力に対する電動モータの寄与率を低減することができる。そのため、電動モータの負荷を下げ、電動モータの発熱量を低減することができる。その結果、電動モータの温度上昇を抑制できる。

エンジンの出力トルクと同期してエンジンの出力軸回転数を大きくするようにしてもよい。これにより、電動モータへのオイルの供給量を増やして電動モータを冷却できる。また、出力トルクと同期して出力軸回転数を大きくするので、増大したポンプの駆動音を、出力トルクが増大することによって増大したエンジンの作動音によってかき消すことができる。

電動モータの温度が高いほどエンジンの出力軸回転数を大きくするとともに、登坂路の勾配が大きいほどエンジンの出力軸回転数を大きくしてもよい。これにより、電動モータへのオイルの供給量を増やして電動モータを冷却できる。

車両の走行パワーが、所定のしきい値値以上であるとエンジンを運転するようにするとともに、電動モータの温度が高いほどしきい値を低くしてもよい。あるいは、登坂路の勾配が大きいほどしきい値を低くしてもよい。これにより、エンジンが駆動する領域を拡大し、電動モータの負荷を減らすことができる。

ハイブリッド車の概略を示す図である。 動力伝達装置を示す図である。 エンジンが駆動する領域を示す図である。 コイル温度毎のエンジン始動しきい値を示す図である。 ＥＶモードがキャンセルあるいはリジェクトされる領域を示す図である。 エンジンの動作線を示す図である。 コイル温度毎の動作線を示す図である。 コイル温度毎のエンジン回転数を示す図である。

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、車両には、エンジン１００と、エンジン１００に連結される動力伝達装置１０２と、バッテリ１０４とが搭載される。動力伝達装置１０２は、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、後述するカバーモジュール３００とを含む。なお、以下の説明においては一例としてハイブリッド車について説明するが、主に発電するためにエンジンを搭載し、航続距離拡張機能（レンジエクステンダー）付き電気自動車あるいはレンジエクステンディッド電気自動車と呼ばれる電気自動車を用いてもよい。

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。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（図示せず）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、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、ＥＣＵ（Electronic Control Unit）４００によって制御される。ＥＣＵ４００を複数のＥＣＵに分割してもよい。たとえば、ＥＣＵ４００を、エンジン１００を制御するためのＥＣＵと、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を制御するためのＥＣＵと、これらのＥＣＵを総括的に管理するＥＣＵとに分割するようにしてもよい。

本実施の形態において、ＥＣＵ４００は、第２モータジェネレータ１２０の温度ならびに路面の勾配に基づいて、エンジン１００を制御する。エンジン１００の制御方法については、後で詳細に説明する。第２モータジェネレータ１２０の温度は温度センサ４０１により検出され、ＥＣＵ４００に入力される。路面の勾配、より具体的には登坂路の勾配は、加速度センサ４０２により検出された加速度などに基づいて算出される。勾配を算出する方法については周知の技術を利用すればよいため、ここではその説明は繰り返さない。

エンジン１００は、内燃機関である。燃料と空気の混合気が燃焼室内で燃焼することよって、出力軸であるクランクシャフトが回転する。

バッテリ１０４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１０４の電圧は、たとえば２００Ｖ程度である。バッテリ１０４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。

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。

また、エンジン１００が発生する動力は、機械式オイルポンプ１７０に伝達される。機械式オイルポンプ１７０は、エンジン１００によって駆動され、冷却ならびに潤滑のためのオイルを、第１モータジェネレータ１１０、第２モータジェネレータ１２０および動力分割機構１３０に対して供給する。一例として、機械式オイルポンプ１７０は、外歯車と内歯車とを有するトロコイドオイルポンプであるが、その他の形式のオイルポンプを利用してもよい。

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１０４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１０４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、バッテリ１０４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。前述したように、第２モータジェネレータ１２０の温度、より詳細には第２モータジェネレータ１２０のコイルの温度が温度センサ４０１により検出される。

第２モータジェネレータ１２０は、バッテリ１０４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１０４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、動力分割機構１３０とは別の遊星歯車を介して第２モータジェネレータ１２０の回転軸に連結される。リングギヤは、さらに、減速機１４０に連結される。

本実施の形態において、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とは、ケース２００に収容される。駆動源としてエンジン１００のみを搭載した車両においては、変速機を構成するギヤ等をケース２００に収容してもよい。

ケース２００は、動力伝達装置１０２の外形の一部を規定し、一方の側部がエンジン１００に取り付けられる。ケース２００の他方の側部には、カバーモジュール３００がさらに取り付けられる。より具体的には、カバーモジュール３００を構成する部品の１つであるカバー３１０が、ケース２００の他方の側部に取り付けられる。

カバーモジュール３００は、カバー３１０と、前述した機械式オイルポンプ１７０とを含む。カバー３１０の内部には油路が形成される。前述した機械式オイルポンプ１７０は、カバー３１０の内部に収容され、カバー３１０内の油路にオイルを供給する。カバー３１０内の油路から、ケース２００内の潤滑経路等に向けてオイルが供給される。

カバー３１０は、ケース２００に取り付けられるオイルポンプカバー３１１と、ケース２００に取り付けられた側部とは反対側の側部においてオイルポンプカバー３１１に取り付けられるリアカバー３１２とから構成される。

一例として、前述した機械式オイルポンプ１７０の外歯車と内歯車とがオイルポンプカバー３１１に収容される。その他、オイルポンプカバー３１１には、ケース２００に向けて供給される油圧を調整する油圧調整部品３１４がさらに収容される。一例として、油圧調整部品３１４は、油圧を所定の油圧以下に制限するリリーフバルブである。油圧調整部品３１４としてのリリーフバルブは、カバーモジュール３００内の油路の圧力が所定値以上になると開き、オイルを、例えばケース２００内に戻す。戻されたオイルは、一例としてケース２００の下部に滞留し、ギア等の攪拌潤滑に用いられる。オイルパンにオイルを戻すようにしてもよい。

一例として、機械式オイルポンプ１７０の外歯車と内歯車、ならびに油圧調整部品３１４は、オイルポンプカバー３１１からリアカバー３１２を取り外した状態で、オイルポンプカバー３１１とリアカバー３１２との接合面側からオイルポンプカバー３１１に組み付けられる。機械式オイルポンプ１７０の外歯車と内歯車、ならびに油圧調整部品３１４がオイルポンプカバー３１１に組み付けられた後に、オイルポンプカバー３１１にリアカバー３１２がボルト等を用いて取り付けられる。

図２を参照して、カバーモジュール３００に設けられた油路と、ケース２００内の潤滑経路についてさらに説明する。

カバーモジュール３００には、少なくとも、油路３２１，３２２，３２３が設けられる。カバーモジュール３００に設けられた油路の一部は、オイルポンプカバー３１１とリアカバー３１２との夫々に設けられた細長い空洞であり、一部は、オイルポンプカバー３１１とリアカバー３１２とによって構成される。例えば、リアカバー３１２に設けられた溝と、オイルポンプカバー３１１の平面とにより、油路３２３が構成される。

油路３２１は、ケース２００下部のオイルパン（図示せず）から吸い上げられ、ストレーナ２１５を通ったオイルを機械式オイルポンプ１７０に導く。

油路３２２は、機械式オイルポンプ１７０から吐出されたオイルを、ケース２００に設けられた油路２０１に導く。油路２０１に供給されたオイルは、最終的には動力分割機構１３０に供給される。

油路３２３は、機械式オイルポンプ１７０から吐出されたオイルを、カバーモジュール３００とケース２００とを繋ぐチューブ３３０に導く。チューブ３３０の一端はカバーモジュール３００の油路３２３に繋がれ、他端はケース２００の油路２０２に繋がれる。油路２０２に供給されたオイルは、オイルクーラ２１０を介して、最終的には第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に供給される。油路３２３内の圧力は、油圧調整部品３１４としてのリリーフバルブにより制限される。

図３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３に示すように、ハイブリッド車に対して出力するように要求される要求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。

要求パワーは、ハイブリッド車の走行に用いられる走行パワー（出力パワー）として設定される。要求パワーは、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、要求パワーを算出する方法はこれに限らない。なお、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。

ハイブリッド車の要求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４に示すように、本実施の形態においては、第２モータジェネレータ１２０の温度が高いほど、エンジン始動しきい値が低くなるようにＥＣＵ４００によって変更される。また、路面、より具体的には登坂路の勾配が大きいほど、エンジン始動しきい値が小さくなるように定められる。

エンジン１００が自動で始動あるいは停止される他、第２モータジェネレータ１２０のみを用いて走行するＥＶモードを運転者がスイッチ操作するなどして要求した場合にも、エンジン１００は停止され得る。ただし、第２モータジェネレータ１２０の温度が図５に示されるしきい値以上である場合、エンジン１００は停止されずに運転される。すなわち、ＥＶモードがリジェクト（拒否）される。また、エンジン１００が停止している間に第２モータジェネレータ１２０の温度がしきい値まで上昇すると、エンジン１００が始動される。すなわち、ＥＶモードがキャンセルされる。図５に示すように、第２モータジェネレータ１２０の温度についてのしきい値は、路面（登坂路）の勾配が大きいほど小さくなるように定められる。

図６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、エンジン１００の出力パワーと動作線との交点により定まる。

エンジン１００の出力パワーは、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。

また、本実施の形態においては、図７に示すように、エンジン１００の駆動中において、第２モータジェネレータ１２０の温度が高いほど出力トルクが大きくなるように、動作線が変更される。すなわち、動作線を変更することによって、エンジン１００の出力トルクが増大される。

さらに、図８に示すように、第２モータジェネレータ１２０の温度が高いほど、エンジン回転数が大きくなるようにエンジン１００が駆動される。また、エンジン回転数は、路面（登坂路）の勾配が大きいほど大きくされる。エンジン回転数は、エンジン１００の出力トルクと同期して増大されてもよい。

なお、機械式オイルポンプ１７０に加えて電動オイルポンプが設けられた車両においては、第２モータジェネレータ１２０の温度が高いほど電動オイルポンプの回転数を大きくするとともに、路面（登坂路）の勾配が大きいほど電動オイルポンプの回転数を大きくするようにしてもよい。電動オイルポンプの回転数は、エンジン１００の出力トルクと同期して増大されてもよい。

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 動力伝達装置、１０４ バッテリ、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、１６０ 前輪、１７０ 機械式オイルポンプ、２００ ケース、２０１，２０２ 油路、２１０ オイルクーラ、２１５ ストレーナ、３００ カバーモジュール、３１０ カバー、３１１ オイルポンプカバー、３１２ リアカバー、３１４ 油圧調整部品、３２１，３２２，３２３ 油路、３３０ チューブ、３４１ 逆止弁、４００ ＥＣＵ、４０１ 温度センサ、４０２ 加速度センサ。

Claims (5)

1. エンジンおよび電動モータを駆動源として搭載し、前記電動モータにオイルを供給するポンプを前記エンジンによって駆動する車両の制御装置であって、
   前記電動モータの温度を検出するための手段と、
   前記エンジンの駆動中に、前記電動モータの温度が高いほど前記エンジンの出力トルクを大きくするための制御手段とを備える、車両の制御装置。
2. 前記エンジンの出力トルクと同期して前記エンジンの出力軸回転数を大き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。
3. 前記電動モータの温度が高いほど前記エンジンの出力軸回転数を大きくするための手段と、
   登坂路の勾配が大きいほど前記エンジンの出力軸回転数を大きくするための手段とをさらに備える、請求項１に記載の車両の制御装置。
4. 前記車両の走行パワーが、所定のしきい値以上であると前記エンジンを運転するための手段と、
   前記電動モータの温度が高いほど前記しきい値を低くするための手段とをさらに備える、請求項１に記載の車両の制御装置。
5. 前記車両の走行パワーが、所定のしきい値以上であると前記エンジンを運転するための手段と、
   登坂路の勾配が大きいほど前記しきい値を低くするための手段とをさらに備える、請求項１に記載の車両の制御装置。

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