JP4677819B2 - ハイブリッド車およびその制御方法 - Google Patents

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Description

本発明は、ハイブリッド車およびその制御方法に関し、詳しくは、第1の車軸に動力を出力可能な内燃機関とこの内燃機関の動力を用いて発電する発電機とこの発電機からの電力を用いて第1の車軸とは異なる第2の車軸に動力を出力可能な電動機とを備えるハイブリッド車およびその制御方法に関する。
従来、この種のハイブリッド車としては、トランスミッションを介して前輪に動力出力するエンジンと、後輪に動力を出力するモータと、エンジンの出力軸にクラッチを介して接続された発電機と、この発電機やモータと電力のやりとりを行なうバッテリと、バッテリからの電力を用いて作動する車載電気機器と、を備えるものが提案されている(例えば、特許文献1参照)。このハイブリッド車では、後輪を駆動するモータを作動する際には、クラッチを接続して発電機をエンジンの出力軸に接続すると共にエンジンの回転数を上昇させて発電機の発電量を増大し、発電機からの電力を直接モータに供給するもの、としている。
特開2003−111207号公報
しかしながら、上述のハイブリッド車では、モータの消費電力が大きく且つ車載電気機器の消費電力が大きいときを考慮すると、大型の発電機を搭載するか、大型のバッテリを搭載する必要があり、いずれの場合も限られたスペースを有効に利用することが求められる車両では不向きなものとなり、車両全体のエネルギ効率も低下してしまう。この場合、小型の発電機やバッテリを搭載することも考えられるが、バッテリの過放電や出力不足が生じてしまう。
本発明のハイブリッド車およびその制御方法は、小型の発電機や二次電池などの蓄電装置を搭載する場合でも蓄電装置の過放電や出力不足を抑制することを目的の一つとする。また、本発明のハイブリッド車およびその制御方法は、車両のエネルギ効率の向上を図ることを目的の一つとする。
本発明のハイブリッド車およびその制御方法は、上述の目的の少なくとも一部を達成するために以下の手段を採った。
本発明のハイブリッド車は、
第1の車軸に動力を出力可能な内燃機関と、該内燃機関の動力を用いて発電する発電機と、該発電機からの電力を用いて該第1の車軸とは異なる第2の車軸に動力を出力可能な電動機とを備えるハイブリッド車であって、
前記発電機から前記電動機に電力を供給する第1の電圧系とは異なる電圧の第2の電圧系に電力を供給する充放電可能な蓄電手段と、
該第2の電圧系に接続された少なくとも一つの電力消費機器と、
前記第1の電圧系の電力を変換して前記第2の電圧系に出力電圧を変更可能に供給する電力変換供給手段と、
前記電動機の駆動状態に基づいて前記第2の電圧系の出力電圧が調整されるよう前記電力変換供給手段を制御すると共に前記電動機に要求される要求駆動力が該電動機から出力されるよう該電動機を制御する制御手段と、
を備えることを要旨とする。
この本発明のハイブリッド車では、第2の車軸に動力を出力可能な電動機の駆動状態に基づいてこの電動機に電力を供給する第1の電圧系とは異なる電圧の第2の電圧系の出力電圧が調整されるよう電力変換供給手段を制御すると共に電動機に要求される要求駆動力が電動機から出力されるよう電動機を制御する。これにより、第1の電圧系から第2の電圧系への電力供給を電動機の駆動状態に応じたものとすることができるから、小型の発電機と蓄電手段を用いても蓄電手段の過放電や出力不足を抑制することができる。この結果、車両全体のエネルギ効率を向上させることができる。ここで、本発明において「ハイブリッド車」には、走行用の動力を出力可能な内燃機関と走行用の動力を出力可能な電動機とを備える全ての車両を意味する。
こうした本発明のハイブリッド車において、前記制御手段は、前記電動機に要求される要求パワーが大きくなるほど前記第2の電圧系の出力電圧が小さくなる傾向に前記電力変換供給手段を制御する手段であるものとすることもできる。こうすれば、電動機に必要な電力を供給することができる。
また、本発明のハイブリッド車において、前記制御手段は、前記電力消費機器の作動状態に基づいて前記第2の電圧系の出力電圧が調整されるよう前記電力変換供給手段を制御する手段であるものとすることもできる。こうすれば、電力消費機器により適正に電力を供給することができ、蓄電手段の過放電を抑制することができる。
さらに、本発明のハイブリッド車において、前記第2の電圧系の電圧を検出する電圧検出手段を備え、前記制御手段は前記第2の電圧系の電圧が所定電圧以上となるよう前記電力変換供給手段を制御する手段であるものとすることもできる。こうすれば、第2の電圧系が所定電圧未満になるのを抑制することができる。ここで、所定電圧を最低作動電圧とすれば、電力消費機器の作動を確保することができる。このように第2の電圧系を所定電圧以上とする態様において、前記制御手段は、前記第2の電圧系の電圧が前記所定電圧未満に至るときには前記要求駆動力を制限した駆動力が前記電動機から出力されるよう該電動機を制御する手段であるものとすることもできる。
本発明のハイブリッド車の制御方法は、
第1の車軸に動力を出力可能な内燃機関と、該内燃機関の動力を用いて発電する発電機と、該発電機からの電力を用いて該第1の車軸とは異なる第2の車軸に動力を出力可能な電動機と、前記発電機から前記電動機に電力を供給する第1の電圧系とは異なる電圧の第2の電圧系に電力を供給する充放電可能な蓄電手段と、該第2の電圧系に接続された少なくとも一つの電力消費機器と、前記第1の電圧系の電力を変換して前記第2の電圧系に出力電圧を変更可能に供給する電力変換供給手段と、を備えるハイブリッド車の制御方法であって、
前記電動機に要求される要求パワーが大きくなるほど前記第2の電圧系の出力電圧が小さくなる傾向に前記電力変換供給手段を制御すると共に前記電動機に要求される要求駆動力が該電動機から出力されるよう該電動機を制御する
ことを特徴とする。
この本発明のハイブリッド車の制御方法では、第2の車軸に動力を出力可能な電動機の駆動状態に基づいてこの電動機に電力を供給する第1の電圧系とは異なる電圧の第2の電圧系の出力電圧が調整されるよう電力変換供給手段を制御すると共に電動機に要求される要求駆動力が電動機から出力されるよう電動機を制御する。これにより、第1の電圧系から第2の電圧系への電力供給を電動機の駆動状態に応じたものとすることができるから、小型の発電機と蓄電手段を用いても蓄電手段の過放電や出力不足を抑制することができる。この結果、車両全体のエネルギ効率を向上させることができる。
次に、本発明を実施するための最良の形態を実施例を用いて説明する。
図1は、本発明の一実施例としてのハイブリッド自動車20の構成の概略を示す構成図である。実施例のハイブリッド自動車20は、エンジン用電子制御ユニット(図中、エンジンECU)33により制御されるエンジン32からの動力をCVT用電子制御ユニット(図中、CVTECU)38により制御されるトルクコンバータ36と無段変速機としてのCVT37とを介して前輪22a,22bに出力する前輪駆動系30と、モータ用電子制御ユニット(図中、モータECU)43により駆動回路としてのインバータ44のスイッチング素子をスイッチング制御することにより制御されるモータ42からの動力を後輪24a,24bに出力する後輪駆動系40と、エンジン32のクランクシャフト34にベルト35により接続されてモータ42に供給すべき電力を発電するオルタネータ52と、このオルタネータ52からの高電圧系の電力を電圧を変換して低圧バッテリ56や複数の補機58a,58bが接続された低電圧系に供給するDC/DCコンバータ54と、車両全体をコントロールするハイブリッド用電子制御ユニット70とを備える。なお、実施例における「ハイブリッド自動車」は、走行用の動力を出力可能なエンジンと走行用の動力を出力可能なモータとをを備える全ての自動車を意味する。
前輪駆動系30のエンジン用電子制御ユニット33やCVT用電子制御ユニット38は、エンジン32やCVT37の状態を図示しない各種センサから入力し、ハイブリッド用電子制御ユニット70からの指令に基づいてエンジン32やCVT37,トルクコンバータ36などを制御している。
後輪駆動系40のモータ42は、クラッチC1を介して後輪24a,24b側と接続されており、クラッチC1によりモータ42を後輪24a,24b側から切り離すことができるようになっている。また、後輪駆動系40のモータ用電子制御ユニット43は、モータ42に取り付けられた図示しない回転位置センサなどから入力した信号やハイブリッド用電子制御ユニット70からの指令に基づいてモータ42やクラッチC1を制御している。
ハイブリッド用電子制御ユニット70は、CPU72を中心とするマイクロプロセッサとして構成されており、CPU72の他に処理プログラムを記憶するROM74と、データを一時的に記憶するRAM76と、図示しない入出力ポートおよび通信ポートとを備える。ハイブリッド用電子制御ユニット70には、低電圧系に取り付けられた電圧センサ59からの電圧Vbやシフトレバー81の操作位置を検出するシフトポジションセンサ82からのシフトポジションSP,アクセルペダル83の踏み込み量を検出するアクセルペダルポジションセンサ84からのアクセル開度Acc,ブレーキペダル85の踏み込み量を検出するブレーキペダルポジションセンサ86からのブレーキペダルポジションBP,車速センサ87からの車速V,運転席近傍に取り付けられた4WDスイッチ88からの4WDスイッチ信号SWなどが入力ポートを介して入力されている。ハイブリッド用電子制御ユニット70からは、オルタネータ52への駆動信号やDC/DCコンバータ54への制御信号などが出力ポートを介して出力されている。ハイブリッド用電子制御ユニット70は、エンジン用電子制御ユニット33やCVT用電子制御ユニット38,モータ用電子制御ユニット43と通信しており、各種制御信号やデータのやり取りを行なっている。
こうして構成されたハイブリッド自動車20は、4WDスイッチ88がオフされているときにはアクセルペダル83の踏み込み量としてのアクセル開度Accに基づく動力が前輪駆動系30から出力されるようエンジン32やCVT37を制御し、4WDスイッチ88がオンされているときにはこうした前輪駆動系30の制御に加えてアクセル開度Accに応じたトルクが後輪24a,24bに出力されるよう後輪駆動系40のモータ42を制御する。なお、クラッチC1は、4WDスイッチ88のオンオフに連動してオンオフしてモータ42と後輪24a,24b側との接続と接続の解除を行ない、4WDスイッチ88がオンされた状態で車速Vがモータ42の上限回転数により小さな回転数に相当する閾値Vrefに至ったときにもオフされてモータ42を後輪24a,24b側から切り離す。
次に、ハイブリッド自動車20が備えるDC/DCコンバータ54の出力電圧Voutの制御について説明する。図2は、ハイブリッド用電子制御ユニット70により実行される出力電圧設定ルーチンの一例を示すフローチャートである。このルーチンは、所定時間毎(例えば、数msec毎)に繰り返し実行される。
出力電圧設定ルーチンが実行されると、ハイブリッド用電子制御ユニット70のCPU72は、まず、4WDスイッチ88からの4WDスイッチ信号SWや車速センサ87からの車速V,電圧センサ59からの電圧VbなどDC/DCコンバータ54の出力電圧Voutを設定するのに必要なデータを入力する処理を実行する(ステップS100)。そして、入力した4WDスイッチ信号SWがオンであるか否かを判定すると共に(ステップS110)、車速Vが閾値Vref以下か否かを判定する(ステップS120)。4WDスイッチ信号SWがオフされていたり、4WDスイッチ信号SWがオンでも車速Vが閾値Vrefを超えているときには、クラッチC1は接続解除の状態とされ、モータ42は駆動されないから、低圧バッテリ56の充電を優先するために低圧バッテリ56が許容する電圧のうち比較的高い電圧VhiをDC/DCコンバータ54の出力電圧Voutに設定して(ステップS130)、本ルーチンを終了する。このように出力電圧Voutを設定すると、ハイブリッド用電子制御ユニット70の図示しないDC/DCコンバータ54を制御するルーチンによりDC/DCコンバータ54の低電圧系の電圧が設定された出力電圧VoutとなるようDC/DCコンバータ54を制御する。これにより、低圧バッテリ56の充電を十分に行なうことができる。
4WDスイッチ信号SWがオンされた状態で車速Vが閾値Vref以下のときには、クラッチC1が接続状態とされ、モータ42が駆動されるから、モータ42に多くの電力を供給するために低圧バッテリ56が許容する電圧のうち比較的低い電圧VloをDC/DCコンバータ54の出力電圧Voutに設定すると共に(ステップS140)、低電圧系の電圧Vbを複数の補機58a,58bの最低作動電圧以上に設定された閾値Vminと比較し(ステップS150)、電圧Vbが閾値Vmin以上のときには電圧VloをDC/DCコンバータ54の出力電圧Voutに設定した状態のまま本ルーチンを終了する。前述したように出力電圧Voutを設定すると、低電圧系の電圧が設定された出力電圧VoutとなるようDC/DCコンバータ54が制御されるから、これにより、低電圧系に供給する電力を少なくし、モータ42に多くの電力を供給することができる。なお、低電圧系の電圧Vbは、低圧バッテリ56の残容量(SOC)の状態や複数の補機58a,58bの作動状態を反映するから、低電圧系の電圧Vbを閾値Vminと比較することは、低圧バッテリ56の残容量(SOC)の状態や複数の補機58a,58bの作動状態を考慮するものとなる。
低電圧系の電圧Vbが閾値Vmin未満のときには、モータ42にも電力を供給する必要はあるが、複数の補機58a,58bの作動を確保するため、その最低作動電圧より若干高い電圧VmdをDC/DCコンバータ54の出力電圧Voutに設定して(ステップS160)、本ルーチンを終了する。この場合も、同様にDC/DCコンバータ54が制御されるから、低電圧系の電圧を複数の補機58a,58bの最低作動電圧以上の電圧にすることができ、モータ42への電力供給を行なうことができると共に複数の補機58a,58bの作動を確保することができる。なお、この場合、モータ42に供給される電力は低電圧系に供給される分だけ少なくなるから、モータ42は定格トルクの範囲を出力することができなくなる。この様子を図3に示す。図中、実線がモータ42の定格トルクの範囲であり、破線が供給される電力が少ない場合のトルクの範囲である。
以上説明した実施例のハイブリッド自動車20によれば、4WDスイッチ信号SWがオンされた状態で車速Vが閾値Vref以下のときには低圧バッテリ56が許容する電圧のうち比較的低い電圧VloをDC/DCコンバータ54の出力電圧Voutに設定することにより、モータ42に多くの電力を供給することができる。しかも、こうした状態で低電圧系の電圧Vbが閾値Vmin未満に至ると、複数の補機58a,58bの最低作動電圧より若干高い電圧VmdをDC/DCコンバータ54の出力電圧Voutに設定するから、モータ42への電力供給を行なうと共に複数の補機58a,58bの作動を確保することができる。また、4WDスイッチ信号SWがオフされていたり、4WDスイッチ信号SWがオンでも車速Vが閾値Vrefを超えているときには、低圧バッテリ56が許容する電圧のうち比較的高い電圧VhiをDC/DCコンバータ54の出力電圧Voutに設定するから、低圧バッテリ56の充電を優先して行なうことができる。これらのことから、小型のオルタネータ52や低圧バッテリ56を用いることができ、車両全体としてのエネルギ効率を向上させることができる。
実施例のハイブリッド自動車20では、基本的には、モータ42を駆動するときには電圧VloをDC/DCコンバータ54の出力電圧Voutに設定するものとしたが、モータ42に要求されるパワーに基づいてDC/DCコンバータ54の出力電圧Voutを設定するものとしてもよい。この場合、図2の出力電圧設定ルーチンに代えて図4の出力電圧設定ルーチンを実行すればよい。このルーチンでは、4WDスイッチ信号SWがオンされた状態で車速Vが閾値Vref以下のときには、ステップS100Bで入力したモータ42に要求される要求パワーPmが大きいほど小さな電圧になるようDC/DCコンバータ54の出力電圧Voutを設定する(ステップS140B)。これにより、モータ42に要求される要求パワーPmに応じた電力をモータ42に供給することができる。
実施例のハイブリッド自動車20では、低電圧系の電圧Vbが閾値Vmin未満のときには、複数の補機58a,58bの作動を確保するため、その最低作動電圧より若干高い電圧VmdをDC/DCコンバータ54の出力電圧Voutに設定するものとしたが、複数の補機58a,58bのうち作動している補機の消費電力を計算し、計算した消費電力を供給可能な電圧をDC/DCコンバータ54の出力電圧Voutに設定するものとしてもよい。
実施例のハイブリッド自動車20では、複数の補機58a,58bの作動状態を考慮するため低電圧系の電圧Vbと閾値Vminとを比較してDC/DCコンバータ54の出力電圧Voutを設定するものとしたが、複数の補機58a,58bの作動状態を考慮する必要がない場合は、低電圧系の電圧Vbと閾値Vminとの比較をする必要がなく、モータ42の作動状態だけに基づいてDC/DCコンバータ54の出力電圧Voutを設定するものとしてもよい。
実施例のハイブリッド自動車20では、4WDスイッチ88を備え、4WDスイッチ88の操作によってモータ42を駆動するか否かを設定するものとしたが、発進時やスリップが生じたときなど4輪駆動による走行が適しているのを自動的に判定し、自動的にモータ42を駆動するときにも上述のDC/DCコンバータ54の出力電圧Voutを設定する処理を実行するものとしてもよい。
実施例では、ハイブリッド自動車20として説明したが、DC/DCコンバータ54の出力電圧Voutの設定に関する制御であるから、ハイブリッド自動車20の制御方法の形態としてもよい。
以上、本発明を実施するための最良の形態について実施例を用いて説明したが、本発明はこうした実施例に何等限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、種々なる形態で実施し得ることは勿論である。
本発明は、ハイブリッド車の製造産業などに利用可能である。
本発明の一実施例としてのハイブリッド自動車20の構成の概略を示す構成図である。 実施例のハイブリッド用電子制御ユニット70により実行される出力電圧設定ルーチンの一例を示すフローチャートである。 モータ42から出力可能なトルクの範囲を説明する説明図である。 変形例の出力電圧設定ルーチンの一例を示すフローチャートである。
符号の説明
20 ハイブリッド自動車、22a,22b 前輪、24a,24b 後輪、30 前輪駆動系、32 エンジン、33 エンジン用電子制御ユニット、34 クランクシャフト、35 ベルト、36 トルクコンバータ、37 CVT、38 CVT用電子制御ユニット、40 後輪駆動系、42 モータ、43 モータ用電子制御ユニット、44 インバータ、52 オルタネータ、54 DC/DCコンバータ、56 低圧バッテリ、58a,58b 補機、70 ハイブリッド用電子制御ユニット、72 CPU、74 ROM、76 RAM、81 シフトレバー、82 シフトポジションセンサ、83 アクセルペダル、84 アクセルペダルポジションセンサ、85 ブレーキペダル、86 ブレーキペダルポジションセンサ、87 車速センサ、88 4WDスイッチ、C1 クラッチ。

Claims (5)

  1. 第1の車軸に動力を出力可能な内燃機関と、該内燃機関の動力を用いて発電する発電機と、該発電機からの電力を用いて該第1の車軸とは異なる第2の車軸に動力を出力可能な電動機とを備えるハイブリッド車であって、
    前記発電機から前記電動機に電力を供給する第1の電圧系とは異なる電圧の第2の電圧系に電力を供給する充放電可能な蓄電手段と、
    該第2の電圧系に接続された少なくとも一つの電力消費機器と、
    前記第1の電圧系の電力を変換して前記第2の電圧系に出力電圧を変更可能に供給する電力変換供給手段と、
    前記電動機が駆動されないときには前記第2の電圧系の出力電圧が高電圧となるよう前記電力変換供給手段を制御し、前記電動機が駆動されるときには前記第2の電圧系の出力電圧が前記高電圧よりも低い低電圧となるよう前記電力変換供給手段を制御すると共に前記電動機に要求される要求駆動力が該電動機から出力されるよう該電動機を制御し、前記電動機が駆動される状態で前記第2の電圧系の出力電圧が所定電圧未満に至るときには前記第2の電圧系の出力電圧が前記低電圧よりも高く且つ前記電力消費機器の作動を確保する最低作動電圧以上の電圧となるよう前記電力変換供給手段を制御する制御手段と、
    を備えるハイブリッド車。
  2. 前記制御手段は、前記電動機に要求される要求パワーが大きくなるほど前記第2の電圧系の出力電圧が小さくなる傾向に前記低電圧を設定して前記電力変換供給手段を制御する手段である請求項1記載のハイブリッド車。
  3. 前記制御手段は、前記電力消費機器の作動状態に基づいて前記最低作動電圧以上の電圧を設定して前記電力変換供給手段を制御する手段である請求項1または2記載のハイブリッド車。
  4. 前記制御手段は、前記第2の電圧系の電圧が前記所定電圧未満に至るときには前記要求駆動力を制限した駆動力が前記電動機から出力されるよう該電動機を制御する手段である請求項1ないし3いずれか1項に記載のハイブリッド車。
  5. 第1の車軸に動力を出力可能な内燃機関と、該内燃機関の動力を用いて発電する発電機と、該発電機からの電力を用いて該第1の車軸とは異なる第2の車軸に動力を出力可能な電動機と、前記発電機から前記電動機に電力を供給する第1の電圧系とは異なる電圧の第2の電圧系に電力を供給する充放電可能な蓄電手段と、該第2の電圧系に接続された少なくとも一つの電力消費機器と、前記第1の電圧系の電力を変換して前記第2の電圧系に出力電圧を変更可能に供給する電力変換供給手段と、を備えるハイブリッド車の制御方法であって、
    前記電動機が駆動されないときには前記第2の電圧系の出力電圧が高電圧となるよう前記電力変換供給手段を制御し、前記電動機が駆動されるときには前記第2の電圧系の出力電圧が前記高電圧よりも低い低電圧となるよう前記電力変換供給手段を制御すると共に前記電動機に要求される要求駆動力が該電動機から出力されるよう該電動機を制御し、前記電動機が駆動される状態で前記第2の電圧系の出力電圧が所定電圧未満に至るときには前記第2の電圧系の出力電圧が前記低電圧よりも高く且つ前記電力消費機器の作動を確保する最低作動電圧以上の電圧となるよう前記電力変換供給手段を制御する
    ことを特徴とするハイブリッド車の制御方法。
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