JP3956927B2 - 車両用制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、エンジン始動後に、走行駆動源として用いられるモータと強電バッテリとの間に設けられる強電リレーをオンする車両用制御装置に関する。

走行駆動源としてエンジンおよびモータを備えたハイブリッド車両において、運転者のイグニッションキー操作に基づいて、スタータモータに電力が供給されてスタータモータが駆動し、エンジンを始動させるシステムが知られている（特許文献１参照）。

特開２０００−２５７５３９号公報

しかしながら、従来のシステムでは、走行駆動源としてのモータと強電バッテリとの間に設けられている強電リレーをオンする前に、運転者のイグニッションキー操作に基づいて、エンジンが始動されて、車両が走行を開始する場合がある。この場合、モータがエンジンに連れ回されて駆動しているので、走行中に強電リレーをオンできず、モータの発電制御を行うことができないため、バッテリのＳＯＣが低下するという問題があった。

本発明による車両用制御装置は、リレーをオンする前にエンジンが始動されると、エンジンの回転速度を、モータジェネレータがエンジンに連れ回されて回転している時にリレーをオンしても強電部品が故障しない所定の回転速度に制御し、エンジンの回転速度が所定の回転速度に制御された状態でリレーをオンすることを特徴とする。

本発明による車両用制御装置によれば、エンジンが始動された後でもリレーをオンすることができるので、車両走行中にモータジェネレータにより発電された電力をバッテリに供給して、バッテリのＳＯＣが低下するのを防ぐことができる。

図１は、本発明による車両用制御装置をハイブリッド車両に適用した一実施の形態の構成を示す図である。このハイブリッド車両は、車両の走行駆動源として、エンジン１およびモータジェネレータ２（以下では、単にモータ２と呼ぶ）を備える。すなわち、エンジン１とモータ２の両方またはいずれか一方の駆動力が無段変速機（ＣＶＴ）１９および減速機２０を介して、駆動輪２１ａ，２１ｂに伝達される。

一般に、電動機（モータ）は、電力を駆動力に変換して力行運転するものであるが、そのままの構造で駆動力を電力に逆変換して回生運転することが可能である。また、発電機（ジェネレータ）は、駆動力を電力に変換して発電運転（回生運転と同等）するものであるが、そのままの構造で電力を駆動力に逆変換して力行運転することが可能である。つまり、電動機（モータ）と発電機（ジェネレータ）とは基本的に同一構造であり、どちらも駆動（力行）と発電（回生）とが可能である。したがって、本明細書では、電気エネルギー（電力）を回転エネルギー（駆動力）に変換する電動機（モータ）の機能と、回転エネルギーを電気エネルギーに変換する発電機（ジェネレータ）の機能を合わせ持つ回転電機を、モータジェネレータまたは単にモータと呼ぶ。一方、内燃機関はガソリンエンジンやディーゼルエンジンなどの燃料を燃やしたときに発生する燃焼エネルギーを回転エネルギー（駆動力）に変換するものであり、この明細書ではこれらの内燃機関をエンジンと総称する。

エンジン１とモータ２は、クランクプーリークラッチ１４およびプーリー&ベルト動力伝達機構１３を介して連結されている。クランクプーリークラッチ１４のオン／オフは、後述する車両コントローラ９により制御される。

メインリレー（強電リレー）５は、インバータ３と３６Ｖバッテリ（強電バッテリ）６との間に設けられ、後述する車両コントローラ９により、オン／オフの制御が行われる。インバータ３は、３６Ｖバッテリ６に蓄えられている直流電力を３相交流電力に変換して、モータ（３相交流モータ）２に供給してモータ２を駆動（力行）運転するとともに、モータ２が回生（発電）運転することにより発電する３相交流電力を直流電力に変換して、３６Ｖバッテリ６を充電する。インバータ３により直流電力に変換される発電電力は、ＤＣ／ＤＣコンバータ４で降圧されて、１２Ｖバッテリ７の充電にも用いられる。

回転速度センサ１ａは、エンジン１の回転速度を検出して、車両コントローラ９に送信する。車速センサ１８は、車両の速度を検出して、車両コントローラ９に送信する。

車両コントローラ９は、エンジンコントローラ１０、モータコントローラ１１、および、バッテリコントローラ１２を制御して車両の走行を制御するとともに、アイドルストップ制御とエンジン１の再始動制御を行う。車両コントローラ９は、車載通信線１５を介して、エンジンコントローラ１０、モータコントローラ１１、および、バッテリコントローラ１２と情報の授受を行う。

エンジンコントローラ１０は、エンジントルクが車両コントローラ９から入力されるトルク指令値に一致するように、図示しないスロットルバルブ開閉装置、燃料噴射装置および点火時期制御装置を制御する。モータコントローラ１１は、モータ２の運転モード、すなわち、力行モード、回生制動モードおよび発電モードの切り換えと、モータ２の回転速度および出力トルクを制御する。

バッテリコントローラ１２は、図示しない電圧センサおよび電流センサによりそれぞれ検出される、３６Ｖバッテリ６の電圧および充放電電流に基づいて、３６Ｖバッテリ６のＳＯＣ（State Of Charge）を検出し、３６Ｖバッテリ６の充電および放電を管理する。

なお、車両コントローラ９、エンジンコントローラ１０、モータコントローラ１１、および、バッテリコントローラ１２は、それぞれマイクロコンピュータ、メモリ、インタフェースなどから構成されている。

車両コントローラ９は、所定のアイドルストップ条件が満たされた時に、エンジン１を自動的に停止させるアイドルストップを行う。アイドルストップ条件は、例えば、車速が所定車速以下であり、アクセルペダル操作量が０、ブレーキペダルがオン、かつ、３６Ｖバッテリ６のＳＯＣが所定値以上の全ての条件が満たされた時とする。また、アイドルストップ条件が満たされてアイドルストップが実施されている状態から、アイドルストップ条件が満たされなくなった時に、アイドルストップを解除して、エンジン１の再始動を行う。

スタータモータ８は、スタートスイッチ１６を介して１２Ｖバッテリ７と接続されている。運転者が図示しないイグニッションキーをSTART位置まで回動すると、スタートスイッチ１６がオンし、１２Ｖバッテリ７からスタータモータ８に電流が流れる。これにより、スタータモータ８が駆動して、エンジン１を始動する。

図２は、車両起動時に、各コントローラ９〜１２で行われる制御内容を説明するための図である。運転者が図示しないイグニッションキーをＯＮ位置まで回動すると、イグニッションスイッチ１７がオンし、１２Ｖバッテリ７から車両コントローラ９に電力が供給される。これにより、車両コントローラ９が起動する。起動した車両コントローラ９は、エンジンコントローラ１０、モータコントローラ１１、および、バッテリコントローラ１２に対して、起動信号を送信する（i）。各コントローラ１０，１１，１２は、起動信号を受信して起動する。

各コントローラ１０〜１２の起動後、車両コントローラ９は、モータコントローラ１１に対して、メインリレー５の診断要求信号を送信する（ii）。診断要求信号を受信したモータコントローラ１１は、メインリレー５の故障診断を行い、診断結果を車両コントローラ９に送信する（iii）。車両コントローラ９は、モータコントローラ１１からメインリレー５が正常である旨の信号を受信し、かつ、バッテリコントローラ１２から強電オン許可信号を受信すると（iv）、メインリレー５をオンする。メインリレー５をオンすると、メインリレー５をオンしたことを知らせる信号をモータコントローラ１１に送信する（v）。

モータコントローラ１１は、メインリレー５がオンしたことを知らせる信号を受信すると、インバータ３内に設けられている図示しないコンデンサの充電が完了したか否かを確認する。充電が完了したと判定すると、充電完了信号を車両コントローラ９に送信する（vi）。車両コントローラ９は、モータコントローラ１１から充電完了信号を受信すると、強電供給完了信号をモータコントローラ１１に送信する（vii）。

車両コントローラ９は、エンジンコントローラ１０、モータコントローラ１１、バッテリコントローラ１２から制御準備完了信号を受信すると（viii）、クランクプーリークラッチ１４をオンし（ix）、完爆判定、すなわち、エンジン１が始動したか否かの判定を行う（x）。エンジン１の始動完了後は、各コントローラ９〜１２において、通常の制御が行われる。

上述したように、一実施の形態における車両用制御装置では、運転者のイグニッションキー操作に基づいてスタートスイッチ１６がオンしてスタータモータ８が駆動し、エンジン１が始動する。すなわち、エンジン始動に際し、車両コントローラ９が介在しないため、上述した車両コントローラ９の起動からメインリレー５をオンにする制御が完了するまでの間に、エンジン１が始動されて、車両が走行を開始する場合がある。この場合、上述したメインリレー５をオンする前の故障診断が中断されるため、メインリレー５を安全にオンできるか否かの判断ができず、アイドルストップが行われるまでは、強電系ラインは遮断されたままとなる。この間は、３６Ｖバッテリ６の充電を行うことができないため、３６Ｖバッテリ６のＳＯＣが低下してしまう。

一実施の形態における車両用制御装置では、メインリレー５がオンする前にエンジン１が始動されて車両が走行を開始した場合に、メインリレー５をオンするための制御を行う。以下では、図３に示すフローチャートを参照しながら、車両走行開始後に、メインリレー５をオンにするための制御について説明する。

図３は、一実施の形態における車両用制御装置により行われるエンジン始動時の制御内容を示すフローチャートである。ステップＳ１０から始まる処理は、車両コントローラ９により行われる。ステップＳ１０では、メインリレー５がオンされる前に、ハイブリッド車両が走行を開始したか否かを判定する。

上述したように、メインリレー５のオン／オフは、車両コントローラ９が行うので、車両コントローラ９の起動後にメインリレー５をオンする処理が完了する前に、スタータモータ８によりエンジン１が始動されて、車両が走行を開始したか否かを判定する。なお、車両が走行を開始したか否かは、車速センサ１８から入力される車速信号に基づいて行う。メインリレー５がオンする前に車両が走行を開始したと判定するとステップＳ２０に進む。一方、メインリレー５がオンした後に車両が走行を開始した場合、または、車両が走行を開始していない場合には、フローチャートによる処理を終了する。

ステップＳ２０では、回転速度センサ１ａにより検出されるエンジン回転速度Ｎが所定の回転速度Ｎsと一致するように制御する。この所定の回転速度Ｎsは、モータ２がエンジン１に連れ回されて回転している時にメインリレー５をオンしてもメインリレー５を含む強電部品が故障しないモータ回転速度Ｎmに基づいて算出する。モータ回転速度Ｎmは、実験やモデルを用いた演算等により予め求めておく。ここでは、Ｎm＝１５００（ｒｐｍ）とし、プーリー&ベルト動力伝達機構１３のエンジン１とモータ２とのプーリー比を２．５とすると、エンジン１の所定の回転速度Ｎsは、Ｎs＝６００（＝１５００／２．５）（ｒｐｍ）となる。すなわち、ステップＳ２０では、車両走行中に、所定の回転速度Ｎs（＝６００）より高くなっているエンジン１の回転速度Ｎを所定の回転速度Ｎsに下げる制御を行う。

ステップＳ２０に続くステップＳ３０では、車速を一定とするために、無段変速機１９の変速比を算出し、算出した変速比に変更する。車速は、次式（１）で表され、最終減速比とタイヤ半径は、車両に固有の値である。なお、最終減速比は、減速機２０で減速される比率である。従って、変速比は、式（２）で表されるので、車速センサ１８で検出される車速と、所定のエンジン回転速度Ｎsに基づいて、無段変速機１９の変速比を算出する。
車速＝エンジン回転速度／変速比／最終減速比×２π×タイヤ半径 …（１）
変速比＝エンジン回転速度／最終減速比／車速×２π×タイヤ半径 …（２）

上述したように、ステップＳ２０では、エンジン１の回転速度Ｎを所定の回転速度Ｎsに下げる制御を行うため、ステップＳ３０では、無段変速機１９の変速比を低くする制御を行うことになる。

無段変速機１９の変速比を算出して、算出した変速比に変更すると、ステップＳ４０に進む。ステップＳ４０では、回転速度センサ１ａで検出したエンジン１の回転速度Ｎが所定の回転速度Ｎsと一致したか否かを判定する。エンジン１の回転速度Ｎが所定の回転速度Ｎsと一致していないと判定するとステップＳ２０に戻り、一致したと判定するとステップＳ５０に進む。

ステップＳ５０では、メインリレー５をオンする前に、モータ２の回転速度、すなわち、エンジン１の回転速度Ｎが高くならないように、エンジン回転速度の上限値を、予め設定されている上限値より低い所定の上限値に変更して、ステップＳ６０に進む。ステップＳ６０では、メインリレー５をオンして、ステップＳ７０に進む。ステップＳ７０では、ステップＳ５０で変更したエンジン回転速度Ｎの上限値を変更前の上限値に戻して、図３に示すフローチャートによる処理を終了する。

一実施の形態における車両用制御装置によれば、３６Ｖバッテリ６とインバータ３との間に設けられるメインリレー５をオンする前に、エンジン１が始動されて車両が走行を開始すると、エンジン１の回転速度Ｎを所定の回転速度Ｎsに制御した状態でメインリレー５をオンするので、メインリレー５を破損させることなく車両走行中にオンすることができる。これにより、車両走行中に、モータ２の回生運転により発電された電力を３６Ｖバッテリ６および／または１２Ｖバッテリ７に供給することができ、バッテリ６，７のＳＯＣが低下することを防ぐことができる。

また、一実施の形態における車両用制御装置によれば、エンジン１の回転速度Ｎが所定の回転速度Ｎsに制御された状態でメインリレー５をオンする前に、エンジン１の回転速度Ｎの上限値を所定の上限値に設定するので、メインリレー５をオンする際にエンジン１の回転速度が高くなるのを防ぐことができる。これにより、車両走行時にエンジン１の回転速度、すなわち、モータ２の回転速度が高くなって、メインリレー５をオンした時に、メインリレー５が破損することを防ぐことができる。また、メインリレー５をオンした後は、変更したエンジン１の回転速度の上限値を変更前の上限値に戻すので、車両走行に支障を来すことはない。

一実施の形態における車両用制御装置によれば、エンジン始動後にメインリレー５をオンする場合には、無段変速機１９の変速比を、車速センサ１８により検出される車速およびエンジン１の所定の回転速度Ｎsに基づいて算出される変速比に変更するので、メインリレー５をオンした際に車速が変動するのを防ぐことができる。従って、車両走行中にメインリレー５がオンされても、運転者が違和感を感じることはない。

本発明は、上述した一実施の形態に限定されることはない。例えば、変速機として無段変速機１９を用いた場合について説明したが、複数の変速段を有し、変速比が不連続に変更する自動変速機（オートマチックトランスミッション）を搭載した車両に適用することもできる。この場合、上述した式（２）に基づいて算出される変速比に最も近い変速比の変速段に変更すればよい。

図３に示すフローチャートでは、ステップＳ１０において、メインリレー５がオンされる前に、ハイブリッド車両が走行を開始したか否かを判定した。しかし、メインリレー５がオンされる前に、エンジン１が始動したか否かを判定し、エンジン１が始動したと判定すると、ステップＳ２０以降の処理を行うようにしてもよい。また、ステップＳ１０において、メインリレー５をオンする前にエンジン１が始動されて、エンジン１の回転速度Ｎが所定の回転速度Ｎsより高いか否かを判定するようにしてもよい。すなわち、メインリレー５をオンする前にエンジン１が始動されて、エンジン１の回転速度Ｎが所定の回転速度Ｎsより高くなった場合に、ステップＳ２０以降の処理を行うようにしてもよい。

特許請求の範囲の構成要素と一実施の形態の構成要素との対応関係は次の通りである。すなわち、スタータモータ８がエンジン始動手段を、車両コントローラ９およびエンジンコントローラ１０が回転速度制御手段を、車両コントローラ９がリレー制御手段、上限値設定手段および変速比変更手段を、車速センサ１８が車速検出手段をそれぞれ構成する。なお、本発明の特徴的な機能を損なわない限り、各構成要素は上記構成に限定されるものではない。

本発明による車両用制御装置をハイブリッド車両に適用した一実施の形態の構成を示す図 車両起動時に各コントローラで行われる制御内容を説明するための図 一実施の形態における車両用制御装置により行われる処理内容を示すフローチャート

符号の説明

１…エンジン
１ａ…回転速度センサ
２…モータジェネレータ
３…インバータ
４…ＤＣ／ＤＣコンバータ
５…メインリレー
６…３６Ｖバッテリ
７…１２Ｖバッテリ
８…スタータモータ
９…車両コントローラ
１０…エンジンコントローラ
１１…モータコントローラ
１２…バッテリコントローラ
１３…プーリー&ベルト動力伝達機構
１４…クランクプーリークラッチ
１５…車載通信線
１６…スタートスイッチ
１７…イグニッションスイッチ
１８…車速センサ
１９…無段変速機
２０…減速機
２１ａ，２１ｂ…駆動輪

Claims (6)

1. 少なくとも運転者のエンジン始動操作に基づいて、エンジンを始動するエンジン始動手段と、
   前記エンジンの回転速度を制御する回転速度制御手段と、
   前記エンジンによって駆動されて発電を行うと共に前記エンジンを駆動するモータジェネレータと、前記モータジェネレータにより発電された電力を蓄えると共に前記モータジェネレータに電力を供給するバッテリとの間に設けられるリレーの開閉を制御するリレー制御手段とを備え、
   前記回転速度制御手段は、前記リレー制御手段により前記リレーをオンする前に、前記エンジン始動手段により前記エンジンが始動されると、前記エンジンの回転速度を、前記モータジェネレータが前記エンジンに連れ回されて回転している時に前記リレーをオンしても強電部品が故障しない所定の回転速度に制御し、
   前記リレー制御手段は、前記エンジンの回転速度が前記所定の回転速度に制御された状態で前記リレーをオンすることを特徴とする車両用制御装置。
2. 請求項１に記載の車両用制御装置において、
   前記リレー制御手段によって、前記エンジンの回転速度が所定の回転速度に制御された状態で前記リレーをオンする前に、予め設定されているエンジンの回転速度の上限値を、前記モータジェネレータが前記エンジンに連れ回されて回転している時に前記リレーをオンしても強電部品が故障しない値であって、前記所定の回転速度より高い値まで低下させる上限値変更手段をさらに備えることを特徴とする車両用制御装置。
3. 請求項２に記載の車両用制御装置において、
   前記上限値設定手段は、前記リレー制御手段によって前記リレーがオンされると、前記所定の上限値への設定を解除することを特徴とする車両用制御装置。
4. 請求項１〜３のいずれかに記載の車両用制御装置において、
   車両の速度を検出する車速検出手段と、
   変速比が連続的に変化する無段変速機の変速比を変更する変速比変更手段とをさらに備え、
   前記変速比変更手段は、前記エンジン始動後に前記リレーをオンする場合には、前記無段変速機の変速比を、前記車速検出手段により検出される車速および前記エンジンの所定の回転速度に基づいて算出される変速比に変更することを特徴とする車両用制御装置。
5. 請求項１〜３のいずれかに記載の車両用制御装置において、
   車両の速度を検出する車速検出手段と、
   複数の変速段を有し、変速比が不連続に変化する自動変速機の変速段を変更する変速段変更手段とをさらに備え、
   前記変速段変更手段は、前記エンジン始動後に前記リレーをオンする場合には、前記車速検出手段により検出される車速および前記エンジンの所定の回転速度に基づいて算出される変速比に最も近い変速比の変速段に変更することを特徴とする車両用制御装置。
6. 請求項１〜５のいずれかに記載の車両用制御装置において、
   前記回転速度制御手段は、前記エンジンの回転速度が前記所定の回転速度より高い場合にのみ、前記エンジンの回転速度を前記所定の回転速度に制御することを特徴とする車両用制御装置。

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