JP2019209823A - ハイブリッド車両 - Google Patents
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Abstract
【課題】燃費の向上を担保しつつ、フューエルカットの復帰時における電力の消費量を抑制可能なハイブリッド車両を提供する。【解決手段】ハイブリッド車両1は、エンジン2と、エンジン2の駆動を補助することが可能なモータージェネレーター3と、加速操作が入力されるアクセルペダル37と、アクセルペダル37への加速操作が未入力の場合には、エンジン2への燃料の供給を停止させるフューエルカット制御を行うフューエルカット制御部41と、フューエルカット制御の実行中に、フューエルカット制御の終了条件が成立しているか否かを判断する終了判断部42と、を備えている。終了判断部42が第一成立類型の成立を判断した場合には、フューエルカット制御を継続し、かつモータージェネレーター3に駆動力を出力させて前記エンジン2の回転数を目標回転数に制御し、第二成立類型の成立を判断した場合には、エンジン2への燃料の供給を再開させる。【選択図】図1
Description
本発明は、ハイブリッド車両に関する。
減速時または制動時に内燃機関への燃料の供給を停止するとともに、電動機による回生制動を行うパラレルハイブリッド車両の制御装置が知られている。このハイブリッド車両は、フューエルカットの復帰時に、内燃機関の回転数が目標アイドル回転数以下になるか否かを判定し、内燃機関の回転数が目標アイドル回転数以下になる場合には、目標アイドル回転数を維持するように蓄電池から電動機へ電力を供給して内燃機関の駆動を補助する(例えば、特許文献1を参照。)。
特許文献1に記載のように、フューエルカットの復帰時に、蓄電池から電動機へ電力を供給して内燃機関の駆動を補助する制御が、高頻度で繰り返された場合には、蓄電池の電力の消費、消耗が増大し、ひいては蓄電池の残量が低下する虞がある。蓄電池の残量が低下して不足した場合には、電動機を駆動させて内燃機関の駆動を補助する制御は、実行が難しくなる。電動機を駆動させて内燃機関の駆動を補助する制御が実行されない場合には、ハイブリッド車両の燃費や、ドライバビリティ(Driveability、運転のしやすさ、運転性)が悪化してしまう。
そこで、本発明は、燃費の向上を担保しつつ、フューエルカットの復帰時における電力の消費量を抑制可能なハイブリッド車両を提供することを目的とする。
前記の課題を解決するため本発明に係るハイブリッド車両は、内燃機関と、前記内燃機関の駆動を補助することが可能な電動機と、加速操作が入力される入力部と、前記入力部への前記加速操作が未入力の場合には、前記内燃機関への燃料の供給を停止させるフューエルカット制御を行うフューエルカット制御部と、前記フューエルカット制御の実行中に、前記フューエルカット制御の終了条件が成立しているか否かを判断する終了判断部と、を備え、前記終了条件は、前記加速操作が前記入力部に入力されたことを含む第一成立類型と、前記加速操作が前記入力部に入力されたか否かに依らない第二成立類型と、を有し、前記フューエルカット制御部は、前記終了判断部が前記第一成立類型の成立を判断した場合には、前記フューエルカット制御を継続し、かつ前記電動機に駆動力を出力させて前記内燃機関の回転数を目標回転数に制御し、前記終了判断部が前記第二成立類型の成立を判断した場合には、前記内燃機関への燃料の供給を再開させる。
本発明によれば、燃費の向上を担保しつつ、フューエルカットの復帰時における電力の消費量を抑制可能なハイブリッド車両を提供できる。
本発明に係るハイブリッド車両の実施形態について図1から図4を参照して説明する。なお、複数の図面中、同一または相当する構成には同一の符号が付されている。
図1は、本発明の実施形態に係るハイブリッド車両のブロック図である。
図1に示すように、本実施形態に係るハイブリッド車両1は、複数の動力源、つまり内燃機関2(以下「エンジン2」という。)と、電動発動機3(Motor Generator、MG、以下「モータージェネレーター3」という。)と、を備えている。ハイブリッド車両1は、運転条件に応じてエンジン2とモータージェネレーター3とを複合的に用いて走行する。ハイブリッド車両1は、例えば、発進時や加速時には、モータージェネレーター3を力行させてエンジン2の駆動力を補助する一方、慣性走行時や制動時には、モータージェネレーター3を回生させて発電を行い、余剰の運動エネルギーを電力に変換する。ハイブリッド車両1は、例えば、普通乗用車、バス、トラックなどを含む。
ハイブリッド車両1は、一対の駆動輪6と、エンジン2と、エンジン2の駆動を補助することが可能なモータージェネレーター3と、エンジン2の駆動力およびモータージェネレーター3の駆動力を変速して駆動輪6へ伝達する変速機7と、エンジン2と変速機7との間、かつモータージェネレーター3と変速機7との間に設けられて内燃機関2の駆動力およびモータージェネレーター3の駆動力の伝達と遮断とを切り替えるクラッチ8と、変速機7からそれぞれの駆動輪6へ駆動力を振り分けて伝達する差動歯車9と、を備えている。
また、ハイブリッド車両1は、モータージェネレーター3の力行で消費される電力を蓄え、かつモータージェネレーター3の回生で発電した電力を蓄える高電圧バッテリー11と、エンジン2、およびモータージェネレーター3の運転制御を行う制御部12と、を備えている。
エンジン2は、ディーゼルエンジンやガソリンエンジンである。エンジン2は、1つ以上の気筒内で燃料を燃焼させて熱エネルギーを発生させ、この熱エネルギーでクランクシャフト15を回転駆動させる。つまり、エンジン2の駆動力は、クランクシャフト15から出力される。
モータージェネレーター3は、クランキングを行う機能も有している。なお、エンジン2の駆動を補助する限りにおいて、ハイブリッド車両1は、モータージェネレーター3に代えて、発動機としての機能のない電動機(Motor、モーター)を備えていても良い。
エンジン2とモータージェネレーター3との間には、動力伝達機構16が設けられている。動力伝達機構16は、エンジン2とモータージェネレーター3との間で相互に駆動力を伝える。動力伝達機構16は、モータージェネレーター3の出力軸17に設けられる第一プーリー21と、エンジン2の出力軸であるクランクシャフト15に設けられる第二プーリー22と、第一プーリー21と第二プーリー22との間に架け渡される無端状のベルト23と、を備えている。ベルト23は、エンジン2の駆動を補助するモータージェネレーター3の駆動力(出力トルク、力行トルク)をエンジン2へ伝達することが可能な一方で、ハイブリッド車両1の慣性走行時や制動時には、エンジン2側からモータージェネレーター3へ駆動力を伝えてモータージェネレーター3を回生させることが可能である。
なお、動力伝達機構16は、2つのプーリー15、16、およびベルト23の代わりに、互いに噛み合わされる複数のギヤを有するギヤボックスなどを用いて動力を伝達しても良い。また、動力伝達機構16は、エンジン2とモータージェネレーター3との間で駆動力を伝達、または遮断する第二クラッチ(図示省略)を備えていても良い。
クランクシャフト15の一方の端部には第二プーリー22が設けられ、クランクシャフト15の他方の端部にはクラッチ8が設けられている。
モータージェネレーター3は、エンジン2から駆動輪6へ伝達される駆動力の向き、およびモータージェネレーター3から駆動輪6へ伝達される駆動力の向きにおいて、エンジン2より上流側に配置されている。
なお、モータージェネレーター3は、クラッチ8越しに変速機7に接続されているのであれば、エンジン2とクラッチ8との間に設けられていても良い。換言すると、モータージェネレーター3は、エンジン2から駆動輪6へ伝達される駆動力の向き、およびモータージェネレーター3から駆動輪6へ伝達される駆動力の向きにおいて、クラッチ8よりも上流側に配置されているのであれば、エンジン2とクラッチ8との間に設けられていても良い。この場合、エンジン2、モータージェネレーター3、クラッチ8、および変速機7は、この順に直列に接続され、かつエンジン2とモータージェネレーター3との間に追加のクラッチ(第二クラッチ)が設けられていても良い。
変速機7は、エンジン2およびモータージェネレーター3の駆動力をトルクや回転数、回転方向を変えて差動歯車9へ伝達する。変速機7は、例えばオートメイテッドマニュアルトランスミッションである。変速機7は、減速比が異なる複数の歯車の組を備えている。また、変速機7は、エンジン2の駆動力およびモータージェネレーター3の駆動力を駆動輪6へ伝達しない状態、つまり中立(ニュートラル)状態をとることができる。なお、変速機7は、ハイブリッド車両1の慣性走行時や制動時には、駆動輪6側からエンジン2およびモータージェネレーター3へ駆動力を伝達する。
クラッチ8は、エンジン2の出力軸、つまりクランクシャフト15の一方の端部に接続されている。クラッチ8は、変速機7の自動変速制御に応じて接続されたり切断されたりする。
高電圧バッテリー11は、例えば電圧48ボルトのリチウムイオンバッテリーやニッケル水素バッテリーである。高電圧バッテリー11の負荷側には、モータージェネレーター3の他に、DC/DCコンバーター26を介して負荷としての車両電装品27、低電圧バッテリー28、およびスターターモーター29が接続されている。高電圧バッテリー11の電力は、DC/DCコンバーター26で降圧されて、車両電装品27、低電圧バッテリー28、およびスターターモーター29へ供給される。
車両電装品27は、例えば、電動エアコンディショナーや、電動油圧ポンプである。
低電圧バッテリー28は、例えば電圧12ボルトの鉛蓄電池である。
制御部12は、いわゆるECM(Engine Control Module)である。制御部12は、信号線31を介してエンジン2、モータージェネレーター3、高電圧バッテリー11、低電圧バッテリー28、スターターモーター29に接続されている。制御部12は、モータージェネレーター3の運転を制御するMGコントローラー32を含んでいる。
また、制御部12は、信号線31を介してアクセルポジションセンサ35と、ブレーキポジションセンサ36とに接続されている。アクセルポジションセンサ35は、乗員の加速要求が入力される入力部である。アクセルポジションセンサ35は、加速操作が入力される入力部としてのアクセルペダル37の操作量、例えば踏み込み量を検知して制御部12へ出力する。アクセルポジションセンサ35は、アクセルペダル37が操作されていない状態、つまり加速操作の未入力状態において、零値の操作量を出力し、アクセルペダル37が完全に踏み込まれた状態、つまり加速操作の全入力状態において、100パーセントの操作量を出力する。ブレーキポジションセンサ36は、制動操作が入力されるブレーキペダル38の操作量、例えば踏み込み量を検知して制御部12へ出力する。
制御部12は、発進時や加速時には、高電圧バッテリー11からモータージェネレーター3へ電力を供給させ、モータージェネレーター3を力行させてエンジン2の駆動力を補助する。また、制御部12は、慣性走行時や制動時には、モータージェネレーター3を回生させて発電を行い、余剰の運動エネルギーを電力に変換して高電圧バッテリー11を充電する。
制御部12は、例えば中央処理装置(Central Processing Unit、CPU、図示省略)、中央処理装置で実行(処理)される各種演算プログラム、パラメータなどを記憶する補助記憶装置(例えば、Read Only Memory、ROM、図示省略)、プログラムの作業領域が動的に確保される主記憶装置(例えば、Random Access Memory、RAM、図示省略)を備えている。
制御部12で実行されるプログラムとして、アイドルストップ(アイドリングストップ、停車時エンジン停止、No Idling、Idle Reduction、とも呼ばれる。)制御が例示される。アイドルストップ制御は、ハイブリッド車両1の車速がアイドルストップ閾値以下である場合に、エンジン2への燃料の供給を停止し、かつモータージェネレーター3を力行以外の状態にして、つまり高電圧バッテリー11からモータージェネレーター3への電力供給を遮断するか、モータージェネレーター3が回生トルクを出力して高電圧バッテリー11を充電するか、いずれかの動作を行いつつエンジン2を停止させる。制御部12は、駐停車時や、信号待ち時などにアイドルストップ制御を実行する。
そして、制御部12は、アクセルペダル37への加速操作が未入力の場合には、エンジン2への燃料の供給を停止させるフューエルカット制御を行うフューエルカット制御部41と、フューエルカット制御の実行中に、フューエルカット制御の終了条件が成立しているか否かを判断する終了判断部42と、を備えている。
アイドルストップ制御では、エンジン2への燃料の供給を停止させた後、エンジン2の回転数が零値になるまで、エンジン2への燃料の供給を停止させ続ける一方、フューエルカット制御では、エンジン2への燃料の供給を停止させた後、エンジン2の回転数が零値になる以前に、エンジン2への燃料の供給を復帰させる。フューエルカット制御は、ハイブリッド車両1の車速がアイドルストップ閾値より大きく、かつエンジン2の回転数がアイドル回転数より大きい所定値以上の場合に、実行される。フューエルカット制御では、エンジン2へ混合気を供給するスロットルバルブ(図示省略)を開けておいて、ポンピングロスを低減させても良い。
フューエルカット制御部41、および終了判断部42は、いずれも制御部12で実行されるプログラムである。
フューエルカット制御部41は、フューエルカット制御の開始、継続、および終了を行う。
終了判断部42は、フューエルカット制御部41と協働してフューエルカット制御の終了条件の成否を監視する。終了判断部42で判断される終了条件は、複数の成立類型を含んでいる。それぞれの成立類型は、少なくとも1つの判断を含んでいる。具体的には、終了条件は、乗員から加速要求があったことを判断に含む第一成立類型と、乗員から加速要求があったか否かに依らず、つまり乗員から加速要求があったことを判断に含まない第二成立類型と、を含んでいる。
なお、「乗員から加速要求があった」とは、例えば加速操作がアクセルペダル37に入力されたことを意味している。
また、第二成立類型の終了条件は、例えば、乗員から加速要求があったか否かに依らず、かつエンジン2の回転数が所定値(燃料復帰回転数)未満に低下したことを判断に含む。また、他の例として、第二成立類型の終了条件は、例えば、乗員から加速要求があったか否かに依らず、かつ電動パワーステアリング(Electric Power Steering、EPS)のコントローラー(図示省略)から制御部12へ、エンジン2への燃料供給の再開や、トルクアップが制御部12へ要求されたことを判断に含む。ハイブリッド車両1がスリップしたり、ハイブリッド車両1の挙動が乱れたりして、スタビリテイコントロールやトラクションコントロールを作動させる必要が生じた場合に、電動パワーステアリングのコントローラーから制御部12へトルクアップ要求が行われる。
次に、制御部12で実行されるプログラムとして、フューエルカット制御について詳しく説明する。なお、フューエルカット制御は、エンジン2が始動した後に開始される。
図2は、本発明の実施形態に係るハイブリッド車両が実行するフューエルカット制御のアルゴリズム(算法)を表現したフローチャートである。
図3および図4は、本発明の実施形態に係るハイブリッド車両が実行するフューエルカット制御を表現したタイミングチャートである。
図3は、終了条件の第一成立類型が成立した場合のタイミングチャートである。図4は、終了条件の第二成立類型が成立した場合のタイミングチャートである。
図2から図4に示すように、本実施形態に係るハイブリッド車両1のフューエルカット制御部41は、終了判断部42が第一成立類型の成立を判断した場合には、フューエルカット制御を継続し、かつモータージェネレーター3に駆動力を出力させてエンジン2の回転数を目標回転数に制御し、終了判断部42が第二成立類型の成立を判断した場合には、エンジン2への燃料の供給を再開させる。
また、フューエルカット制御部41は、モータージェネレーター3に駆動力を出力させてエンジン2の回転数を目標回転数に制御している最中に、エンジン2のクランクシャフト15の出力トルクが目標トルクを超えた場合には、モータージェネレーター3を力行以外の状態にしてエンジン2への燃料の供給を再開させる。
具体的には、フューエルカット制御部41は、エンジン2が始動すると、フューエルカット制御の実行条件が成立したか否かを判断する(ステップS1)。フューエルカット制御部41は、ステップS1の判断が肯定された場合、つまり、フューエルカット制御の実行条件が成立した場合(ステップS1 Yes)には、フューエルカット制御を実行する(ステップS2)。フューエルカット制御の実行条件は、例えば、ハイブリッド車両1の車速がアイドルストップ閾値より大きいこと、およびエンジン2の回転数が所定値以上であること、である。換言すると、フューエルカット制御の実行条件は、前述の2つの条件の論理積である。
フューエルカット制御が実行されると、その実行の最中、終了判断部42は、フューエルカット制御の終了条件が成立したか否かを判断する(ステップS3)。ステップS3において、終了判断部42は、複数の成立類型の成否を判断している。つまり、終了判断部42は、少なくとも第一成立類型、および第二成立類型の成否を判断している。フューエルカット制御部41は、ステップS3の判断が肯定された場合、つまり、フューエルカット制御の終了条件が成立した場合(ステップS3 Yes)には、成立した終了条件(あるいはその類型)が乗員の加速要求を含んでいるか否かを判断する(ステップS4)。
フューエルカット制御部41は、ステップS4の判断が肯定された場合、つまり、成立した終了条件が乗員の加速要求を含んでいる場合、換言すると第一成立類型の終了条件が成立した場合(ステップS4 Yes、図3のa)には、フューエルカット制御の実行を継続し(ステップS5、図3のb)、かつモータージェネレーター3に駆動力(トルク)を出力させてエンジン2の回転数を目標回転数に制御する(ステップS6、図3のc)。なお、目標回転数は、エンジン2のアイドル回転数より高く、かつ所定値(燃料復帰回転数)よりも高い。
次いで、フューエルカット制御部41は、フューエルカット制御の継続中、かつモータージェネレーター3に駆動力を出力させてエンジン2の回転数を目標回転数に制御している最中に、エンジン2のクランクシャフト15の出力トルクが目標トルクより大きいか否かを判断する(ステップS7)。
ここで、エンジン2のクランクシャフト15の出力トルクは、[数1]で算出される。
[数1]
(クランクシャフトの出力トルク)=(エンジン2の出力トルク)−(エンジン2の損失トルク)+(モータートルク)
(エンジン2の出力トルク)=(点火気筒数)×MBT(Minimum spark advance for Best Torque)×(点火角による効率)×(空燃比による効率)
(モータートルク)=(モータージェネレーター3の出力トルク)×(プーリー比)
[数1]
(クランクシャフトの出力トルク)=(エンジン2の出力トルク)−(エンジン2の損失トルク)+(モータートルク)
(エンジン2の出力トルク)=(点火気筒数)×MBT(Minimum spark advance for Best Torque)×(点火角による効率)×(空燃比による効率)
(モータートルク)=(モータージェネレーター3の出力トルク)×(プーリー比)
なお、エンジン2の損失トルクは、エンジン2の回転数とインテークマニホールド圧とのマップ(関係図)から得られる。
フューエルカット制御部41は、ステップS7の判断が肯定された場合、つまり、エンジン2のクランクシャフト15の出力トルクが目標トルク(例えば零値)より大きい場合(ステップS7 Yes、図3のd)には、モータージェネレーター3からの駆動力の出力を停止し(力行以外の状態にして)、エンジン2への燃料の供給を再開させる(ステップS8、図3のe、f)。換言すると、フューエルカット制御部41は、エンジン2のクランクシャフト15の出力トルクが目標トルクより大きい場合(ステップS7 Yes、図3のd)には、フューエルカット制御を終了させる。その後、フューエルカット制御部41は、一旦制御を終え、再び制御を開始する。
一方、フューエルカット制御部41は、ステップS7の判断が否定された場合、つまり、エンジン2のクランクシャフト15の出力トルクが目標トルク以下の場合(ステップS7 No)には、フューエルカット制御の実行を継続し(ステップS5)、かつモータージェネレーター3に駆動力(トルク)を出力させてエンジン2の回転数を目標回転数に制御する。
また、フューエルカット制御部41は、ステップS1の判断が否定された場合、つまり、フューエルカット制御の実行条件が不成立の場合(ステップS1 No)には、一旦制御を終え、再び制御を開始する。
さらに、フューエルカット制御部41は、ステップS3の判断が否定された場合、つまり、フューエルカット制御の終了条件が不成立の場合(ステップS3 No)には、一旦制御を終え、再び制御を開始する。
また、フューエルカット制御部41は、ステップS4の判断が否定された場合、つまり、成立した終了条件が乗員の加速要求を含んでいない場合、換言すると第二成立類型の終了条件が成立した場合(ステップS4 No、図4のa)には、フューエルカット制御を終了し(ステップS9、図4のf)、一旦制御を終え、再び制御を開始する。
本実施形態に係るハイブリッド車両1は、第一成立類型の終了条件が成立した場合には、フューエルカット制御を継続し、かつモータージェネレーター3に駆動力を出力させてエンジン2の回転数を目標回転数に制御し、第二成立類型の終了条件が成立した場合には、エンジン2への燃料の供給を再開させる。換言すると、ハイブリッド車両1は、フューエルカット制御の実行中に、乗員の加速操作に依拠するフューエルカットの終了要求がある場合には、モータージェネレーター3を駆動させてエンジン2の回転数を制御する。そのため、ハイブリッド車両1は、乗員の加速操作に依拠するフューエルカットの終了要求(第一成立類型の終了条件に相当する。)がある場合には、駆動輪6へ伝達される駆動力を素早く上昇させ、乗員の加速操作に依拠しないフューエルカットの終了要求(第二成立類型の終了条件に相当する。)がある場合には、高電圧バッテリー11の電力の消費を抑制できる。
また、本実施形態に係るハイブリッド車両1は、第一成立類型の終了条件が成立してフューエルカット制御を継続し、かつモータージェネレーター3に駆動力を出力させてエンジン2の回転数を目標回転数に制御している最中に、エンジン2のクランクシャフト15の出力トルクが目標出力より大きい場合には、モータージェネレーター3からの駆動力の出力を停止し(力行以外の状態にして)、エンジン2への燃料の供給を再開させる。そのため、ハイブリッド車両1は、エンジン2への燃料の供給を再開(復帰)する際の衝撃(ショック)を抑制してドライバビリティの向上を図り、かつフューエルカットの再開時における高電圧バッテリー11の電力の消費量を抑制できる。
したがって、本実施形態に係るハイブリッド車両1は、燃費の向上を担保しつつ、フューエルカットの復帰時における電力の消費量を抑制することができる。
1…ハイブリッド車両、2…内燃機関、エンジン、3…電動発動機、モータージェネレーター、6…駆動輪、7…変速機、8…クラッチ、9…差動歯車、11…高電圧バッテリー、12…制御部、15…クランクシャフト、16…動力伝達機構、17…出力軸、21…第一プーリー、22…第二プーリー、23…ベルト、25…高電圧バッテリー、26…DC/DCコンバーター、27…車両電装品、28…低電圧バッテリー、29…スターターモーター、31…信号線、32…MGコントローラー、35…アクセルポジションセンサ、36…ブレーキポジションセンサ、37…アクセルペダル、38…ブレーキペダル、41…フューエルカット制御部、42…終了判断部。
Claims (2)
- 内燃機関と、
前記内燃機関の駆動を補助することが可能な電動機と、
加速操作が入力される入力部と、
前記入力部への前記加速操作が未入力の場合には、前記内燃機関への燃料の供給を停止させるフューエルカット制御を行うフューエルカット制御部と、
前記フューエルカット制御の実行中に、前記フューエルカット制御の終了条件が成立しているか否かを判断する終了判断部と、を備え、
前記終了条件は、前記加速操作が前記入力部に入力されたことを含む第一成立類型と、前記加速操作が前記入力部に入力されたか否かに依らない第二成立類型と、を有し、
前記フューエルカット制御部は、
前記終了判断部が前記第一成立類型の成立を判断した場合には、前記フューエルカット制御を継続し、かつ前記電動機に駆動力を出力させて前記内燃機関の回転数を目標回転数に制御し、
前記終了判断部が前記第二成立類型の成立を判断した場合には、前記内燃機関への燃料の供給を再開させるハイブリッド車両。 - 前記フューエルカット制御部は、前記電動機に駆動力を出力させて前記内燃機関の回転数を目標回転数に制御している最中に、前記内燃機関のクランク軸の出力トルクが目標トルクより大きい場合には、前記電動機からの駆動力の出力を停止し、前記内燃機関への燃料の供給を再開させる請求項1に記載のハイブリッド車両。
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