JP2014189252A - 車両の制御装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】エンジンの無駄な運転を抑制する。
【解決手段】車両には、第1モータジェネレータと、第1モータジェネレータによって出力軸が回転されるエンジンと、第2モータジェネレータとが搭載される。この車両は、第2モータジェネレータのみを駆動源として用いるEV走行モードで走行可能である。ECUは、エンジンを始動する場合には、所定の第1の態様で第1モータジェネレータの出力トルクを増大させた後、所定の第2の態様で第1モータジェネレータの出力トルクを低下させる。また、ECUは、EV走行モードでの走行中に、エンジンにおいて燃料噴射を停止したまま、エンジンの出力軸を回転させる場合には、燃料噴射を停止したまま、第1の態様で第1モータジェネレータの出力トルクを増大させた後、第2の態様とは異なる所定の第3の態様で第1モータジェネレータの出力トルクを低下させる。
【選択図】図8

Description

本発明は車両の制御装置に関し、特に、電動モータのみを駆動源として用いるEV走行モードで走行可能な車両において、エンジンの出力軸を別の電動モータで回転させる技術に関する。
電動モータを駆動源として用いて走行可能なハイブリッド車ならびに電気自動車がある。これらの車両には、エンジンを用いて発電し、バッテリを充電するものもある。通常、エンジンは燃料を消費して運転されるが、場合によっては、特開2007−99165号公報(特許文献1)に記載のように、燃料をカットして(燃料噴射を停止して)エンジンがモータリングされる場合もある。
特開2007−99165号公報
ところで、一般的には、燃料がカットされた後には燃料噴射が再開されるため、燃料噴射が再開したときに備えて、触媒やエンジンの暖機を完了させてから燃料がカットされる。したがって、停止しているエンジンをモータリングする過程において、一旦エンジンを始動してしまうと、暖機が完了するまでエンジンを停止することができなくなり得る。そのため、後でエンジンを運転する必要がない場合であっても、無駄に暖機処理が実行され得る。
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、エンジンの無駄な運転を抑制することである。
ある実施例において車両には、第1の電動モータと、第1の電動モータによって出力軸が回転されるエンジンと、第2の電動モータとが搭載される。この車両は、第2の電動モータのみを駆動源として用いるEV走行モードで走行可能である。制御装置は、エンジンを始動する場合には、所定の第1の態様で第1の電動モータの出力トルクを増大させた後、所定の第2の態様で第1の電動モータの出力トルクを低下させる。また、制御装置は、EV走行モードでの走行中に、エンジンにおいて燃料噴射を停止したまま、エンジンの出力軸を回転させる場合には、燃料噴射を停止したまま、第1の態様で第1の電動モータの出力トルクを増大させた後、第2の態様とは異なる所定の第3の態様で第1の電動モータの出力トルクを低下させる。
これにより、エンジンをモータリングする場合には、エンジンを始動する場合と同様にしてエンジンの出力軸回転数を引き上げることができる。また、エンジンを始動する場合には完爆後にエンジン自身が出力軸回転数を維持する一方で、エンジンをモータリングする場合には第1の電動モータがエンジンの出力軸回転数を維持しなければならないため、エンジンの出力軸回転数が引き上げられた後の電動モータの出力トルクは、エンジンと始動する場合とモータリングする場合とで異なる態様で低下される。このようにして、エンジンを始動せずにエンジンのモータリングを実現できる。そのため、エンジンの無駄な運転を抑制することができる。
別の実施例において、エンジンを始動する場合には、エンジンをモータリングする場合に比べて、第1の電動モータの出力トルクが速く低下される。これにより、エンジンの完爆後には、第1の電動モータの出力トルクによってエンジンの出力軸回転数が過剰に上昇することを抑制できる。また、エンジンをモータリングする場合には第1の電動モータの出力トルクによって、エンジンの出力軸回転数の低下を抑制できる。
さらに別の実施例において、EV走行モードでの走行中に、エンジンにおいて点火を停止したまま、エンジンの出力軸を第1の電動モータによって回転させる場合、すなわち、エンジンをモータリングする場合には、エンジンが始動したかどうかの判定はなされない。
これにより、エンジンが始動していないと誤って判定す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。 エンジンを始動するときの第1モータジェネレータのトルクプロフィールPCを示す図である。 モータリングするときの第1モータジェネレータのトルクプロフィールPMとを示す図である。 2つのトルクプロフィールを重ねて示す図である。 ECUが実行する処理を示すフローチャートである。
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。また、エンジン100を主に発電のために使用するレンジエクステンダー(航続距離拡張装置)付きの電気自動車を用いてもよい。
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(SO
C: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、本実施の形態においては、エンジン100において燃料噴射ならびに点火が停止されていても、第1モータジェネレータ110によってエンジン100の出力軸回転数を上昇ならびに維持することができる。すなわち、第1モータジェネレータ110を用いたモータリングでエンジン100の出力軸回転数を所望の回転数にすることができる。
一例として、バッテリ150が満充電に近い状態であることから、バッテリ150の残存容量を目標値まで下げたい場合、すなわちバッテリ150の残存容量がしきい値よりも高い場合に、第1モータジェネレータ110によるエンジン100のモータリングが実施される。なお、その他の条件下においてモータリングを実施するようにしてもよい。たとえば、車速がしきい値以上であるときに、第1モータジェネレータ110の出力軸回転数が過剰になることを防止するために、第1モータジェネレータ110によるエンジン100のモータリングを実施するようにしてもよい。
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。本実施の形態では、第2モータジェネレータ120の駆動力のみを用いた走行モードをEV走行モードとも記載する。なお、EV走行モードにおいても、発電等のためにエンジン100が駆動する場合もある。
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。
本実施の形態においては、エンジン100を始動する際、第1モータジェネレータ110を駆動することによりエンジン100がクランキングされる。図6に示すように、時間T1において第1モータジェネレータ110の出力トルクTMGが所定のトルクTMG1まで増大される。その後、エンジン100での燃料噴射および点火が開始されてエンジン100の始動が完了すると、時間T2において第1モータジェネレータ110の出力トルクTMGが低下される。
第1モータジェネレータ110の出力トルクTMGを増大するときの第1の態様ならびに低下するときの第2の態様は、実験およびシミュレーションの結果などを考慮して開発者により予め定められる。
エンジン100を始動する過程においては、エンジン100の始動が不能であるかどうかが判断される。一例として、エンジン100の出力軸回転数NEが所定の回転数まで上昇したかどうかが判断される。エンジン100の始動処理が実行されている期間においてエンジン100の出力軸回転数NEが所定の回転数まで上昇しない場合は、エンジン100の始動が不能であると判断される。
一方、EV走行モードでの走行中に、第1モータジェネレータ110によってエンジン100をモータリングする場合は、図7に示すように、時間T3において第1モータジェネレータ110の出力トルクTMGが所定のトルクTMG1まで増大される。その後、時間T4において、第1モータジェネレータ110の出力トルクTMGが低下される。
第1モータジェネレータ110によってエンジン100をモータリングする場合にも、第1モータジェネレータ110の出力トルクTMGは、エンジン100を始動する場合と同じ第1の態様で増大される。一方、第1モータジェネレータ110によってエンジン100をモータリングする場合は、エンジン100を始動する場合と異なる第3の態様で、第1モータジェネレータ110の出力トルクTMGが低下される。出力トルクTMGを低下するときの第3の態様は、実験およびシミュレーションの結果などを考慮して開発者により予め定められる。
また、エンジン100が停止している状態からモータリングされる状態に移行する過程において、燃料噴射ならびに点火は停止したままにされる。すなわち、エンジン100は始動されることなくモータリングされる。エンジン100の始動処理は実行されないので、エンジン100の始動が不能であるかどうかの判定はなされない。
説明のため、図8に、エンジン100を始動する際の第1モータジェネレータ110の出力トルクTMGのトルクプロフィールPCと、EV走行モードでの走行中にエンジン100をモータリングする際の第1モータジェネレータ110の出力トルクTMGのトルクプロフィールPMとを重ねて示す。図8に示すように、第1モータジェネレータ110の出力トルクTMGが増大するときの態様は、トルクプロフィールPCとトルクプロフィールPMとで同じである。
一方、トルクプロフィールPCは、トルクプロフィールPMに比べて、速く低下する。すなわち、エンジン100を始動する際には、エンジン100の完爆後に第1モータジェネレータ110の出力トルクTMGが速やかに低下される一方で、エンジン100をモータリングする際には、エンジン100の出力軸回転数NEを維持するのに必要なトルクが維持される。
図9を参照して、本実施の形態においてECU170が実行する処理について説明する。なお、以下に説明する処理は所定の周期で繰り返し実行される。以下に説明する処理はソフトウェアにより実現してもよく、ハードウェアにより実現してもよく、ソフトウエアとハードウェアとの協働により実現してもよい。
ステップ(以下、ステップをSと略す)100にて、エンジン100をモータリングするか否かが判断される。モータリングではなく、エンジン100を始動する場合は(S100にてNO)、S102にて、第1モータジェネレータ110の出力トルクTMGの補正量TMGMOTが零にされる。
そして、S104にて、第1モータジェネレータ110の出力トルクTMGの標準値TMGBASEに、補正量TMGMOTを加えることにより、第1モータジェネレータ110の出力トルクTMGが定められる。標準値TMGBASEは、図6に示したトルクプロフィールPCと同じである。
第1モータジェネレータ110の出力トルクTMGが定められると、S106にて、定められたトルクを出力するように第1モータジェネレータ110が制御される。
一方、エンジン100をモータリングする場合(S100にてYES)、S108にて、エンジン100の始動が不能であるかどうかの判定が停止される。
また、S110にて、エンジン100の状態が判断される。前回の判断においてエンジン100が停止中であると(S112にてYES)、S114にて、カウンタがリセットされる(カウント値が零にされる)。前回の判断においてエンジン100が停止中でなければ(S112にてNO)、S116にて、カウント値がインクリメントされる。
さらに、S118にて、第1モータジェネレータ110の出力トルクTMGの補正量TMGMOTが、カウント値に応じて定められる。一例として、カウント値が零である場合、補正量TMGMOTは零である。S118において定められる補正量TMGMOTは、図7に示したトルクプロフィールPMと、図6に示したトルクプロフィールPCとの差に対応する。したがって、S104にて、第1モータジェネレータ110の出力トルクTMGの標準値TMGBASEに、補正量TMGMOTを加えることにより、図7に示したトルクプロフィールPMに対応する出力トルクTMGが定められる。
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、150 バッテリ、170 ECU。

Claims (3)

  1. 第1の電動モータと、前記第1の電動モータによって出力軸が回転されるエンジンと、第2の電動モータとを搭載し、前記第2の電動モータのみを駆動源として用いるEV走行モードで走行可能な車両の制御装置であって、
    前記エンジンを始動する場合には、所定の第1の態様で前記第1の電動モータの出力トルクを増大させた後、所定の第2の態様で前記第1の電動モータの出力トルクを低下させ、
    前記EV走行モードでの走行中に、前記エンジンにおいて燃料噴射を停止したまま、前記エンジンの出力軸を回転させる場合には、燃料噴射を停止したまま、前記第1の態様で前記第1の電動モータの出力トルクを増大させた後、前記第2の態様とは異なる所定の第3の態様で前記第1の電動モータの出力トルクを低下させる、車両の制御装置。
  2. 前記第2の態様では、前記第3の態様と比較して、前記第1の電動モータの出力トルクが速く低下される、請求項1に記載の車両の制御装置。
  3. 前記EV走行モードでの走行中に、前記エンジンにおいて点火を停止したまま、前記エンジンの出力軸を前記第1の電動モータによって回転させる場合には、前記エンジンが始動したかどうかを判定しない、請求項1に記載の車両の制御装置。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2017202776A (ja) * 2016-05-12 2017-11-16 トヨタ自動車株式会社 ハイブリッド車両の制御装置
CN114151212A (zh) * 2021-11-15 2022-03-08 岚图汽车科技有限公司 增程器启动控制方法及装置

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