JP5077830B2 - ハイブリッド車の制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関と交流モータを動力源として併用するハイブリッド車の制御装置に関するものである。

近年、内燃機関（エンジン）と交流モータとを動力源としたハイブリッド車の需要が増加している。このハイブリッド車においては、例えば、車両の駆動輪を駆動するための交流モータ（電動機）と、内燃機関で駆動されて発電するための交流モータ（発電機）とをそれぞれ備えたシステムが考案されている。このシステムでは、内燃機関と連動して各交流モータを駆動してそれらの動力で車両を駆動させたり、各交流モータで発電させて二次電池に回収させたりすることで、燃費向上を実現している。

ここで、内燃機関と交流モータとを動力とするハイブリッド車においては、内燃機関で動力を発生させる際に、内燃機関から排出される排ガスを浄化するため、内燃機関のみを動力とする車両と同様に、内燃機関の排気管に排ガス浄化用の触媒を設けるようにしている。

一般的に、触媒はある活性温度に昇温したときに、活性状態となり排ガスを浄化し始めるため、触媒の温度が低いときには、触媒を早期に暖機させる必要がある。ハイブリッド車において、触媒を早期に暖機させる制御の一つとして、例えば、下記の特許文献１に開示されている技術が知られている。この特許文献１では、触媒の温度上昇のための暖機要求があったときに、内燃機関の動力を通常より増加させることで、内燃機関から排出される排ガス量を増加させて排気熱量を増加させることで、触媒を早期に暖機させるようにしている。更に、この特許文献１の技術では、内燃機関の動力を増加させることで生じる車両の駆動トルクの増大分を抑制するために、発電機の負荷を増大させるようにしている。
特開２０００−１１６０４号公報

ところで、上記特許文献１に開示された技術では、触媒の暖機要求があったときに、発電機の負荷を増大させているため、発電機の発電電力が増加することになり、その増加分の発電電力についても二次電池に充電されることになる。このため、上記特許文献１において、二次電池に充電できる残りの充電可能量が少ない場合には、発電機の発電電力によって二次電池が過充電となる虞れがあるため、触媒暖機のために内燃機関の動力（排ガス量）をさほど増加させることができず、触媒を早期に暖機させることができない場合があった。

そこで、本発明の目的は、上記課題に鑑み、触媒の暖機要求があった時に、触媒暖機制御による二次電池の過充電の問題を解消しながら、触媒を早期に暖機させることが可能なハイブリッド車の制御装置を提供することにある。

そこで、請求項１に係る発明は、車両に搭載された内燃機関と、排ガスを浄化するための触媒と、内燃機関の動力の少なくとも一部により駆動されて発電する発電機と、発電された電力の少なくとも一部を充電し得る二次電池と、発電機により発電された電力及び／又は二次電池より放電された電力によって駆動される電動機とを備え、内燃機関及び／又は電動機の動力によって車輪を駆動するハイブリッド車の制御装置において、二次電池の現在の充電量（充電残量）を考慮して、二次電池を満充電状態に充電するまでの残りの充電可能量を算出する残り充電可能量算出手段と、触媒の暖機要求があった時に、内燃機関から排出される排ガス量を増加させるように内燃機関の動力を増加させるとともに、発電機の発電電力を増加させることによって車輪を駆動するトルクの増加を抑える触媒暖機制御手段とを備え、触媒暖機制御手段は、残り充電可能量算出手段により算出された二次電池の残りの充電可能量に応じた充電許容電力を考慮して、電動機に入力する電力を制御することで、発電機から二次電池に充電する電力を制限する“過充電防止制御”を実行するようにしたものである。

このように、二次電池を満充電状態に充電するまでの残りの充電可能量に応じた充電許容電力を考慮して、電動機に入力する電力を制御すれば、発電機から二次電池に充電する電力を、該二次電池の充電能力を超えないように制限することが可能となり、二次電池の残りの充電可能量が少ない場合でも、内燃機関の動力を増加させて排ガス量を増加させることができ、触媒を早期に暖機させることが可能となる。これにより、触媒暖機制御による二次電池の過充電の問題を解消しながら、触媒を早期に暖機させることができる。

ここで、単に、電動機に入力する電力を制御するだけでは、電動機の動力（トルク）が変化して車輪の駆動トルクが運転者の意思に反して変化する可能性があるため、請求項２に係る発明のように、触媒暖機制御手段は、前記過充電防止制御の実行中に、車輪の駆動トルクが変化しないように、電動機に入力する電力を制御するようにすると良い。これにより、過充電防止制御の実行中に、運転者の意思に反して車輪の駆動トルクが変化することを防止しながら、触媒を早期に暖機させることが可能となる。

また、請求項３に係る発明のように、発電機の発電電力を算出する発電電力算出手段を備え、触媒暖機制御手段は、前記過充電防止制御の実行中に、発電機の発電電力と二次電池の残りの充電可能量に応じた充電許容電力との差に基づいて発電機の発電電力のうちの二次電池の充電能力を超える余剰電力を算出し、該余剰電力を考慮して電動機に入力する電力を制御するようにすると良い。このように、発電機の発電電力と二次電池の残りの充電可能量に応じた充電許容電力との差に基づいて、二次電池の充電能力を超える余剰電力を算出すれば、少なくとも余剰電力を電動機で消費させるように、該電動機の入力電力を制御することが可能となり、発電機から二次電池に充電する電力が、該二次電池の充電能力を超えないように制限することができる。

また、請求項４に係る発明のように、電動機の消費電力を算出する消費電力算出手段を備え、触媒暖機制御手段は、電動機の消費電力が前記余剰電力より少ない場合に、前記過充電防止制御を実行するようにすると良い。このように、電動機の消費電力が二次電池の充電能力を超える余剰電力より少ない場合には、二次電池が過充電となる虞れがあるため、前記過充電防止制御を実行して、少なくとも余剰電力を電動機で消費させるように、電動機の入力電力を制御することで、発電機から二次電池に充電する電力を、該二次電池が過充電とならないように制限することが可能となる。

ここで、請求項５に係る発明のように、二次電池の現在の充電量を算出する充電量算出手段を備え、二次電池の残りの充電可能量を、二次電池の満充電量（充電容量）と現在の充電量（充電残量）との差に基づいて算出すれば良い。

また、請求項６に係る発明のように、触媒暖機制御手段は、前記過充電防止制御の実行中に、電動機の動力を変化せないように該電動機の運転効率を変化させて該電動機の消費電力を制御するようにすると良い。このようにすれば、過充電防止制御の実行中に、内燃機関の動力増加分を発電機で消費させるように該発電機の発電電力を増加させて電動機の入力電力を増加させた場合でも、該電動機の運転効率を低下させて該電動機の消費電力を増加させながら該電動機の動力を変化せないように運転することが可能となり、運転者の意思に反して車輪の駆動トルクが変化することを防止できる。

なお、請求項７に係る発明のように、電動機を正弦波ＰＷＭ制御方式で制御するモータ制御手段を備え、触媒暖機制御手段は、前記過充電防止制御の実行中に、正弦波ＰＷＭ制御方式で電動機に通電する電流ベクトル又は電動機に印加する電圧ベクトルを操作することで電動機に入力する電力を制御すると良い。

以下、本発明の実施形態について、図１乃至図６に基づいて説明する。
まず、図１に基づいてハイブリッド車の駆動システムの概略構成を説明する。
車輪１１を駆動する動力源として、エンジン１２（内燃機関）と主に電動機として使用される第２の交流モータ１４とが搭載されている。エンジン１２のクランク軸１５の動力は、遊星ギヤ機構１６で二系統に分割される。この遊星ギヤ機構１６は、中心で回転するサンギヤ１７と、このサンギヤ１７の外周を自転しながら公転するプラネタリギヤ１８と、このプラネタリギヤ１８の外周を回転するリングギヤ１９とから構成され、プラネタリギヤ１８には図示しないキャリアを介してエンジン１２のクランク軸１５が連結され、リングギヤ１９には第２の交流モータ１４の回転軸が連結され、サンギヤ１７には、主に発電機として使用する第１の交流モータ１３が連結されている。

二次電池２０（直流電源）には昇圧コンバータ２１が接続され、この昇圧コンバータ２１は、二次電池２０の直流電圧を昇圧して電源ライン２２とアースライン２３との間に直流のシステム電圧を発生させたり、このシステム電圧を降圧して二次電池２０に電力を戻したりする機能を持つ。電源ライン２２とアースライン２３との間には、システム電圧を平滑化する平滑コンデンサ２４や、システム電圧を検出する電圧センサ２５が接続され、電流センサ２６によって電源ライン２２に流れる電流が検出される。

更に、電源ライン２２とアースライン２３との間には、電圧制御型の三相の第１のインバータ２７と第２のインバータ２８が接続され、第１のインバータ２７で第１の交流モータ１３が駆動される共に、第２のインバータ２８で第２の交流モータ１４が駆動される。第１のインバータ２７と第１の交流モータ１３で第１のモータ駆動ユニット２９が構成され、第２のインバータ２８と第２の交流モータ１４で第２のモータ駆動ユニット３０が構成されている。

メイン制御装置３１は、車両全体を総合的に制御するコンピュータであり、アクセル操作量（アクセルペダルの操作量）を検出するアクセルセンサ３２、車両の前進運転や後退運転やパーキング或はニュートラルなどのシフト操作を検出するシフトスイッチ３３、ブレーキ操作を検出するブレーキスイッチ３４、車速を検出する車速センサ３５等の各種センサやスイッチの出力信号を読み込んで車両の運転状態を検出する。このメイン制御装置３１は、エンジン１２の運転を制御するエンジン制御装置３６と、交流モータ１３、１４の運転を制御するモータ制御装置３７との間で制御信号やデータ信号を送受信し、各制御装置３６、３７によって車両の運転状態に応じてエンジン１２と交流モータ１３、１４の運転を制御する。

次に、交流モータ１３、１４の制御について説明する。第１及び第２の交流モータ１３、１４は、それぞれ三相永久磁石式同期モータで、永久磁石が内蔵されたものであり、そのロータの回転位置を検出するロータ回転位置センサ（図示せず）が搭載されている。電圧制御型の三相の第１のインバータ２７は、モータ制御装置３７から出力される三相の電圧指令信号ＵＵ1 、ＵＶ1 、ＵＷ1 に基づいて電源ライン２２の直流電圧（昇圧コンバータ２１によって昇圧されたシステム電圧）を三相の交流電圧Ｕ1 、Ｖ1 、Ｗ1 に変換して第１の交流モータ１３を駆動する。第１の交流モータ１３の２相の電流、例えば、Ｕ相電流ｉＵ1 とＷ相電流ｉＷ1 が、それぞれ電流センサ（図示せず）によって検出される。

一方、電圧制御型の三相の第２のインバータ２８は、モータ制御装置３７から出力される三相の電圧指令信号ＵＵ2 、ＵＶ2 、ＵＷ2 に基づいて、電源ライン２２の直流電圧を三相の交流電圧Ｕ2 、Ｖ2 、Ｗ2 に変換して第２の交流モータ１４を駆動する。第２の交流モータ１４の２相の電流、例えば、Ｕ相電流ｉＵ2 とＷ相電流ｉＷ2 が、それぞれ電流センサ（図示せず）によって検出される。

尚、各交流モータ１３、１４は、インバータ２７、２８で負のトルクで駆動されるときには発電機として機能する。例えば、車両の減速時には減速エネルギにより第２の交流モータ１４で発電した交流電力がインバータ２８で直流電力に変換されて二次電池２０に充電される。通常は、エンジン１２の動力の一部がプラネタリギヤ１８を介して第１の交流モータ１３に伝達されて第１の交流モータ１３で発電し、その発電電力の少なくとも一部が第２の交流モータ１４に供給されて第２の交流モータ１４が電動機として機能する。

また、エンジン１２の動力が遊星ギヤ機構１６で分割されてリングギヤ１９に伝達されるトルクが車両走行に要求されるトルクより大きくなる状態では、第１の交流モータ１３が電動機として機能し、この場合、第２の交流モータ１４が発電機として機能して、その発電電力の少なくとも一部が第１の交流モータ１３に供給される。

モータ制御装置３７は、第１の交流モータ１３をトルク制御する場合には、メイン制御装置３１から出力されるトルク指令値Ｔ1*と、第１の交流モータ１３のＵ相電流ｉＵ1 及びＷ相電流ｉＷ1 （電流センサの出力信号）と、第１の交流モータ１３のロータ回転位置θ1 （ロータ回転位置センサの出力信号）とに基づいて、例えば、正弦波ＰＷＭ制御方式で三相電圧指令信号ＵＵ1 、ＵＶ1 、ＵＷ1 を生成する。

まず、第１の交流モータ１３のロータ回転位置θ1 （ロータ回転位置センサの出力信号）に基づいて、第１の交流モータ１３の回転速度Ｎ1 を演算する。この後、第１の交流モータ１３のロータの回転座標として設定したｄ−ｑ座標系においてｄ軸トルク制御電流ｉd1とq 軸トルク制御電流ｉq1をそれぞれ独立に電流フィードバック制御するために、第１の交流モータ１３のトルク指令値Ｔ1*と回転速度Ｎ1 とに応じたトルク制御電流ベクトルｉt1* （ｄ軸トルク制御電流ｉdt1*、ｑ軸トルク制御電流ｉqt1*）をマップ又は数式等により演算する。

この後、第１の交流モータ１３のＵ相、Ｗ相の電流ｉＵ1 、ｉＷ1 （電流センサの出力信号）と第１の交流モータ１３のロータ回転位置θ1 （ロータ回転位置センサの出力信号）に基づいて実際の電流ベクトルｉ1 （ｄ軸トルク制御電流ｉd1とq 軸トルク制御電流ｉq1）を演算し、ｄ軸トルク制御電流ｉdt1*と実際のｄ軸トルク制御電流ｉd1との偏差Δｉd1が小さくなるようにＰＩ制御によりｄ軸指令電圧Ｖd1* を演算すると共に、ｑ軸トルク制御電流ｉqt1*と実際のq 軸トルク制御電流ｉq1との偏差Δｉq1が小さくなるようにＰＩ制御によりｑ軸指令電圧Ｖq1* を演算する。そして、上記ｄ軸指令電圧Ｖd1* とｑ軸指令電圧Ｖq1* を三相電圧指令信号ＵＵ1 、ＵＶ1 、ＵＷ1 に変換し、これらの三相電圧指令信号ＵＵ1 、ＵＶ1 、ＵＷ1 を第１のインバータ２７に出力する。

第２の交流モータ１４をトルク制御する場合にも、第１の交流モータ１３をトルク制御する場合と同様に、メイン制御装置３１から出力されるトルク指令値Ｔ２* と、第２の交流モータ１４のＵ相電流ｉＵ２とＷ相電流ｉＷ２（電流センサの出力信号）と、第２の交流モータ１４のロータ回転位置θ2 （ロータ回転位置センサの出力信号）とに基づいて、正弦波ＰＷＭ制御方式で三相電圧指令信号ＵＵ1 、ＵＶ1 、ＵＷ1 を生成する。

まず、第２の交流モータ１４のロータ回転位置θ2 （ロータ回転位置センサの出力信号）に基づいて第２の交流モータ１４の回転速度Ｎ２を演算する。この後、第２の交流モータ１４のロータの回転座標として設定したｄ−ｑ座標系においてｄ軸トルク制御電流ｉd2とｑ軸トルク制御電流ｉq2をそれぞれ独立に電流フィードバック制御するために、第２の交流モータ１４のトルク指令値Ｔ２* と回転速度Ｎ２とに応じたトルク制御電流ベクトルｉt2* （ｄ軸トルク制御電流ｉdt2*、ｑ軸トルク制御電流ｉqt2*）をマップ又は数式等により演算する。

この後、第２の交流モータ１４のＵ相、Ｗ相の電流ｉＵ２、ｉＷ２（電流センサの出力信号）と第２の交流モータ１４のロータ回転位置θ2 （ロータ回転位置センサの出力信号）に基づいて実際の電流ベクトルｉ2 （ｄ軸トルク制御電流ｉd2とq 軸トルク制御電流ｉq2）を演算し、ｄ軸トルク制御電流ｉdt2*と実際のｄ軸トルク制御電流ｉd2との偏差Δｉd2が小さくなるようにＰＩ制御によりｄ軸指令電圧Ｖd2* を演算すると共に、ｑ軸トルク制御電流ｉqt2*と実際のq 軸トルク制御電流ｉq2との偏差Δｉq2が小さくなるようにＰＩ制御によりｑ軸指令電圧Ｖq2* を演算する。そして、ｄ軸指令電圧Ｖd2* とｑ軸指令電圧Ｖq2* を三相電圧指令信号ＵＵ2 、ＵＶ2 、ＵＷ2 に変換し、これらの三相電圧指令信号ＵＵ2 、ＵＶ2 、ＵＷ2 を第２のインバータ２８に出力する。

ここで、上記ハイブリッド車においては、エンジン１２で動力を発生させる際に、エンジン１２から排気管内に排出される排ガスを浄化するため、エンジン１２の排気管に触媒（図示せず）が設けられている。

排気浄化システムの一例を説明すると、エンジン１２の各気筒の排気マニホールドが集合する排気集合部に、排ガスの空燃比をリニアに検出する空燃比センサと、この空燃比センサの下流側に排出ガス中の有害成分であるＣＯ、ＨＣ、ＮＯｘ等を浄化する三元触媒等の触媒と、その触媒を通過して触媒下流側に流れる排ガスのリッチ／リーンを検出する酸素センサとを設置し、触媒による排ガスの浄化効率が高くなるように、空燃比センサ、酸素センサの出力信号に基づいて、空燃比を所望の空燃比となるようにフィードバック制御、サブフィードバック制御する。

一般に、三元触媒は、触媒温度が活性温度である例えば３００℃以上に昇温したときに、排ガス中の有害物質であるＨＣ、ＣＯ、ＮＯｘ等無を無害物質である水素、窒素、水蒸気、二酸化炭素に化学変化させることができるため、触媒温度を活性温度となるよう制御する必要がある。

触媒を暖機させる従来技術の一つとして、触媒の温度上昇のための暖機要求があったときに、発電機よる負荷を増大させながら、エンジンの動力を通常より増加させることで、エンジンから排出される排ガス量を増加させて、触媒を早期に暖機させるようにしたものがある。

しかしながら、従来技術では、触媒の暖機要求があったときに、発電機の負荷を増大させているため、発電機の発電電力が増加することになり、その増加分の発電電力についても二次電池に充電することになる。このため、二次電池に充電できる残りの充電可能量が少ない場合には、発電機の発電電力が二次電池の残り充電可能量に対して過多となり、二次電池が過充電となる虞れがある。このため、従来技術では、触媒の暖機要求があった場合においても、二次電池の残り充電可能量が少ない場合には、二次電池の過充電を防止するために発電機の発電電力を抑制する必要があり、そのために、エンジンの動力をさほど増加させることができなかった。この場合、エンジンから排出される排ガス量を十分に増加させることができないため、触媒を早期に暖機させることができない。

また、図３に示すように、二次電池において充電または放電できる電力は、温度によって制約されてしまう。ここで、図３は二次電池の温度に対する二次電池の放電電力Ｗout と充電電力Ｗinとの関係を示す図であり、二次電池の温度が低いほど、二次電池の放電電力Ｗout と充電電力Ｗinとが制約されることが分かる。

このため、従来技術では、特に、温度が低い冷間始動時などの場合には、二次電池において充電できる許容最大充電量（満充電量）が制約された状態となるため、それに伴い、二次電池を満充電状態に充電するまでの残りの充電可能量が限られてくる。この場合、発電機の発電電力が二次電池の残りの充電可能量に対してすぐに過多となり、二次電池が過充電となる虞れがあるため、エンジンの動力を抑えざるをえなくなる。このため、特に温度が低い冷間始動時などにおいて、触媒を早期に暖機させることができない虞れがある。

そこで、本実施形態では、二次電池２０を満充電状態に充電するまでの残りの充電可能量を算出し、該残りの充電可能量に応じた充電許容電力を考慮して、第２の交流モータ（以下、「電動機」という）１４に入力する電力を制御し、第１の交流モータ（以下、「発電機」という）１３から二次電池２０に充電する電力を、該二次電池２０の充電能力を超えないように制限することで、二次電池２０の過充電を防止するようにしている。なお、本実施形態では、更に図４に示すように、電動機１４のｄ軸トルク制御電流とｑ軸トルク制御電流との成分を通常時から変更して電動機１４の運転効率を変化させることで、電動機１４で発生するトルクを一定とした状態で、電動機１４で消費する消費電力を変化させるようにしている。

ここで、図４は、回転座標であり、ｄ軸は、交流モータ（電動機１４）のロータの磁極方向の軸、ｑ軸は、ｄ軸に直行する軸として規定したものである。また、交流モータにおいてｄ軸の電流（ｄ軸トルク制御電流）は、励磁電流成分として、ｑ軸の電流（ｑ軸トルク制御電流）は、トルク電流成分として、独立に扱うことができ、通常、所定のトルクを発生させるには、ｄ軸トルク制御電流とｑ軸トルク制御電流と成分からなるベクトルが最適（最小）となるようにマップ又は数式等を用いて設定される。図４においては、所定トルクを出力する等トルク曲線に対して、ｄ軸トルク制御電流（id0 ）とｑ軸トルク制御電流(iq0) と成分からなるベクトルが通常の動作点として設定されることになる。なお、図４において、等トルク曲線に対して、通常の動作点よりもｄ軸トルク制御電流とｑ軸トルク制御電流との成分からなるベクトルが大きくなるように動作点を変更すると、電動機１４の消費電力が多くなるように制御することができ、その分、発電機１３から二次電池２０に充電する電力を減少させることができる。

以下、図５を用いて、触媒を暖機させる際に、電動機１４に入力する電力を変更するプログラムについて説明する。このプログラムは、モータ制御装置３７によって所定周期で、繰り返し実行され、二次電池２０の残りの充電可能量に応じた充電許容電力を考慮して、電動機１４に入力する電力を制御することで、発電機１１から二次電池２０に充電する電力を制限する“過充電防止制御”を実行する触媒暖機制御手段としての役割を果たす。

このプログラムが起動されると、図５のステップＳ１０１において、エンジン１２の排気管に設置された触媒の暖機要求があるか否かを判定する。このステップＳ１０１で、触媒の暖機要求がないと判定された場合には、このプログラムを終了する。

一方、上記ステップＳ１０１で、触媒の暖機要求があると判定された場合には、ステップＳ１０２に進む。なお、触媒の暖機要求があるか否かは、触媒の温度を検出または推定し、該触媒温度が活性温度に達しているか否かに応じて判定すれば良い。触媒温度を検出する場合には、触媒温度を直接検出するような温度センサを用いて検出すると良い。また、触媒温度を推定する場合には、エンジン１２の冷却水温、エンジン１２に吸入される吸気量の積算値等に基づいて推定すれば良い。

次に、ステップＳ１０２では、後述する図６のプログラムを実行して触媒の暖機制御を実施する。そして、次のステップＳ１０３で、二次電池２０の現在の充電量（充電残量）を算出すると共に、二次電池２０の満充電量（充電容量）と現在の充電量との差から、二次電池２０を満充電状態に充電するまでの残りの充電可能量を算出し、更に、発電機１３の発電電力を算出して、この発電機１３の発電電力と二次電池２０の残りの充電可能量に応じた充電許容電力との差から、発電機１３の発電電力のうちの二次電池２０の満充電量を超える余剰電力を算出する。このステップＳ１０３の処理が特許請求の範囲でいう充電量算出手段、残り充電可能量算出手段及び発電電力算出手段としての役割を果たす。

ここで、二次電池２０の現在の充電量は、例えば、二次電池２０の充放電量を積分することより算出しても良い。なお、二次電池２０の満充電量は、予め設定された固定値でも良いが、図３のように温度に応じて設定する方が望ましい。また、このとき、二次電池２０の満充電量は、充電可能な最大充電量としても良いが、最大充電量から余裕を見込んで設定しても良い。

また、発電機１３の発電電力は、発電機１３のトルクと回転速度とに基づいて算出することができるため、上記余剰電力Ｗは、発電機１３のトルクＴｇ、発電機１３の回転速度をＮｇ、二次電池２０の残りの充電可能量に応じた充電許容電力をＷbat とすると、以下の式で算出することができる。
Ｗ＝Ｔｇ×Ｎｇ−Ｗbat

以上のようにして、ステップＳ１０３で余剰電力Ｗを算出した後、ステップＳ１０４に進み、電動機１４の消費電力を算出する。この消費電力は、電動機１４の回転速度、電動機１４の駆動トルク（トルク指令値）に基づいて算出されたｄ軸のトルク制御電流Ｉd 、ｑ軸のトルク制御電流Ｉq 、ｄ軸の電圧Ｖd 、ｑ軸の電圧Ｖq を用いて、次式により算出することができる。

ここで、Ｒは電動機１４の抵抗値、Ｌd はｄ軸のインダクタンス、Ｌq はｑ軸のインダクタンス、ωは電動機１４の回転角速度、φは発電機１４の磁束、θは電圧と電流の位相差である。このステップＳ１０４の処理が特許請求の範囲でいう消費電力算出手段としての役割を果たす。

この後、ステップＳ１０５に進み、ステップＳ１０３で算出した余剰電力とステップＳ１０４で算出した電動機１４の消費電力との比較を行う。余剰電力Ｗが電動機１４の消費電力よりも少ない場合、つまり、余剰電力Ｗを電動機１４で消費することができる場合には、ステップＳ１０６に進み、電動機１４の動作点を運転効率が最大となる通常の動作点に決定して電動機１４の入力電力を設定する。

これに対して、上記ステップＳ１０５で、余剰電力Ｗが電動機１４の消費電力よりも多い場合、つまり、電動機１４の現在の動作点における消費電力では余剰電力Ｗを消費できない場合には、ステップＳ１０７に進み、電動機１４の動作点を等トルク曲線に沿って運転効率の低下方向に変更して電動機１４の運転効率を低下させることで、電動機１４の発生トルクを変化させることなく、電動機１４の消費電力を増加させる。

より具体的には、図４に示すように、電動機１４の発生トルクが変動しないように、ｄ軸トルク制御電流とｑ軸トルク制御電流と成分からなるベクトルの長さが大きくなるように動作点を等トルク曲線に沿って変更する。これにより、電動機１４が同じトルクを発生しながら、電動機１４の消費電力が通常時よりも大きくなる。なお、動作点を変更する方法は、図４に示すようなマップを予め記憶しておき、該マップに基づいて所定のトルクを維持するようにｄ軸トルク制御電流とｑ軸トルク制御電流とを順次変更すると良い。また、余剰電力と電動機１４の発生トルクとからｄ軸トルク制御電流とｑ軸トルク制御電流とを算出するマップを予め記憶しておき、このマップを用いてｄ軸トルク制御電流とｑ軸トルク制御電流とを設定するようにしても良い。この処理が終わると、ステップＳ１０４に戻り、再度、電動機１４の消費電力を算出し、次のステップＳ１０４で余剰電力と電動機１４の消費電力との比較を行う。この処理を繰り返すことによって、余剰電力を電動機１４で消費できるように、電動機１４に入力する電力（動作点）を制御する。

このプログラムが実行されることによって、少なくとも二次電池２０の充電能力を超える余剰電力が電動機１４で消費されるように、電動機１４に入力する電力を制御することが可能となるため、二次電池２０の過充電を防止することができる。これにより、二次電池２０の残りの充電可能量の多少を問わず、触媒の暖機制御を実行することができ、早期に触媒を暖機させることができる。また、電動機１４の発生トルクが変動しないように、電動機１４に入力する電力（動作点）を制御するため、車輪の駆動トルクを変化させずに、電動機１４の消費電力を増大させることができ、発電機１３で過剰に発電された余剰電力を消費することが可能となり、ひいては二次電池２０の過充電を防止することができる。

次に、図６を用いて、触媒暖機制御のプログラムを説明する。
このプログラムが起動されると、まずステップＳ２０１で、エンジン１２に対する基準要求動力を算出する。エンジン１２に対する要求動力（エンジン１２で出力する要求動力）は、運転者のアクセル操作、車速、二次電池２０の充電量に基づいて算出されるエンジンの基準要求動力である。エンジン１２に対する基準要求動力を算出するには、まず、運転者が要求する要求駆動トルクを算出する。この要求駆動トルクは、アクセル操作量（アクセルペダルの操作量）を検出するアクセルセンサ３２、シフト操作（シフト位置）を検出するシフトスイッチ３３、車速を検出する車速センサ３５等の各種センサやスイッチの出力信号を読み込んで車両の運転状態に基づいて算出する。次に、要求駆動トルクに、電動機１４（交流モータ）の回転速度、二次電池２０の充電要求、システムの損失などを考慮して、マップ、数式などを用いてエンジン１２に対する要求動力を算出する。なお、エンジン１２に対する要求動力の算出方法は、上記方法に限定されるものではない。

次に、ステップＳ２０２に進み、触媒の暖機要求に対するエンジン１２の要求動力を算出する。ここでは、エンジン１２から排出される排ガス量を増加させて触媒を早期に暖機させるために、ステップＳ２０１で算出した基準要求動力に対してエンジン１２の動力を増加させる増加量を算出する。なお、エンジン１２の動力を増加させる増加量は、予め設定された固定値で良いし、二次電池２０の充電量に基づいて設定しても良い。また、触媒の温度に応じて設定しても良い。なお、二次電池２０の充電量に基づいて設定する場合には、充電量が大きくなるほど、該増加量が小さくなるように設定することで、発電機１３の発電電力が過多となり過ぎることを抑制することが可能となる。また、触媒の温度に応じて設定する場合には、触媒の温度が低いほど、エンジン１２の動力が増加するように設定すると良い。これにより、触媒の温度に応じてエンジン１２の動力の増加分を設定することが可能となるため、必要以上にエンジン１２の動力を増加させることがないため、燃費悪化を抑制することが可能となる。

次に、ステップＳ２０３では、ステップＳ２０１とステップＳ２０２でそれぞれ算出したエンジンの要求動力に基づいて最終的なエンジン１２の要求動力を算出し、最終的なエンジン１２の要求動力を満たすために、吸入空気量を制御するスロットルの制御を行う。この場合、最終的なエンジン１２の要求動力に基づいて、マップ、数式等を用いて目標スロットル開度を算出し、スロットル開度が目標スロットル開度に一致するようにアクチュエータを制御する。

そして、ステップＳ２０４では、ステップＳ２０１とステップＳ２０２でそれぞれ算出したエンジン１２の要求動力に基づいて算出された最終的なエンジン１２の要求動力に対して、発電機１３を制御する。ここでは、ステップＳ２０２で算出した暖機要求に対するエンジン１２の要求動力分が運転者の要求駆動トルクに対して増加すると、運転者の意思に反して車両が駆動されることになるため、触媒の暖機要求に対するエンジン１２の要求動力に相当する動力を車両の駆動トルクとして現れにないように、発電機１３の負荷を制御する。

ステップＳ２０４では、例えば、最終的なエンジン１２の要求動力に基づいて発電機１３の目標回転速度を算出すると共に、目標回転速度となるように発電機１３のトルクを設定し、このように算出された発電機１３の目標回転速度とトルクに基づいて発電機１３の制御を行うと良い。なお、発電機１３の目標回転速度は、遊星歯車の共線図を用いて電動機１４の駆動トルクが変化しないように設定すると良い。また、発電機１３のトルクは、発電機１３の目標回転速度と実際の回転速度とをフィードバック制御することで算出すると良い。なお、ステップＳ２０４での処理は上記方法に限定されるものではないことは言うまでもない。

この場合、運転者の要求駆動トルクとステップＳ２０１で算出されるエンジン１２の要求動力との差分が電動機１４の要求駆動トルクとなる。

このプログラムが実行されることによって、触媒の温度上昇のための暖機要求があったときに、エンジン１２の動力を通常より多く設定することで、エンジン１２から排出される排ガス量を十分に増加させて、触媒を早期に暖機させることが可能となる。また、エンジン１２の出力を増加させることで生じる車両の駆動トルクの増大分を抑制するために、発電機１３の負荷を増大させているため、触媒の温度上昇のための暖機要求があったときに、エンジン１２の動力が増加しても、運転者の意思に反して車両の駆動トルクが増加することが防止される。

以上説明した本実施形態では、少なくとも二次電池２０の充電能力を超える余剰電力を電動機１４で消費させるように、電動機１４に入力する電力を制御することができ、二次電池２０の過充電を防止することができる。これにより、二次電池２０の残りの充電可能量の多少を問わず、エンジン１２の動力を増加させて触媒の暖機制御を実行することができ、触媒暖機制御による二次電池２０の過充電の問題を解消しながら、触媒を早期に暖機することができる。

また、本実施形態では、車両の駆動トルク（電動機１４の発生トルク）が変わらないように、電動機１４に入力する電力（動作点）を変更したため、運転者の意思に反して車両が駆動トルクが増加することを防ぐことが可能となる。また、発電機１３の発電電力と二次電池２０の残りの充電可能量に応じた充電許容電力との差に基づいて余剰電力を算出し、該余剰電力を考慮して電動機１４に入力する電力を制御するようにしたため、少なくとも余剰電力を消費するように、電動機１４に入力する電力を変更することができる。

なお、上記実施形態では、正弦波ＰＷＭ制御方式について説明したが、矩形波制御方式を用いて、交流モータをトルク制御しても良い。また、上記プログラムは、メイン制御装置３１、エンジン制御装置３６、モータ制御装置３７で適宜分担して処理するようにすると良い。

本発明の一実施形態におけるハイブリッド車両の概略構成を示す構成図である。 （ａ）はデューティ比の操作を説明するための図で、（ｂ）は位相の操作を説明するための図である。 二次電池の温度と二次電池の放電電力Ｗout と充電電力Ｗinとの関係を示す図である。 本発明の実施形態の説明図である。 本発明の実施形態の電動機の入力電力を決定するプログラムの一例を示すフローチャートである。 本発明の実施形態の触媒暖機制御のプログラムの一例を示すフローチャートである。

符号の説明

１２…エンジン（内燃機関）
１３…第１の交流モータ（発電機）
１４…第２の交流モータ（電動機）
２０…直流電源（二次電池）
３１…メイン制御装置
３６…エンジン制御装置
３７…モータ制御装置（触媒暖機制御手段，残り充電可能量算出手段，発電電力算出手段，消費電力算出手段，充電量算出手段）

Claims (7)

1. 車両に搭載された内燃機関と、
   前記内燃機関から排出される排ガスを浄化するための触媒と、
   前記内燃機関の動力の少なくとも一部により駆動されて発電する発電機と、
   前記発電機により発電された電力の少なくとも一部を充電し得る二次電池と、
   前記発電機により発電された電力及び／又は前記二次電池より放電された電力によって、駆動される電動機とを備え、前記内燃機関及び／又は前記電動機の動力によって車輪を駆動するハイブリッド車の制御装置において、
   前記二次電池の現在の充電量を考慮して、前記二次電池を満充電状態に充電するまでの残りの充電可能量を算出する残り充電可能量算出手段と、
   前記触媒の暖機要求があった時に、前記内燃機関から排出される排ガス量を増加させるように前記内燃機関の動力を増加させるとともに、前記発電機の発電電力を増加させることによって前記車輪を駆動するトルクの増加を抑える触媒暖機制御手段とを備え、
   前記触媒暖機制御手段は、前記残り充電可能量算出手段により算出された前記二次電池の残りの充電可能量に応じた充電許容電力を考慮して、前記電動機に入力する電力を制御することで、前記発電機から前記二次電池に充電する電力を制限する過充電防止制御を実行することを特徴とするハイブリッド車の制御装置。
2. 前記触媒暖機制御手段は、前記過充電防止制御の実行中に、前記車輪を駆動するトルクが変化しないように、前記電動機に入力する電力を制御することを特徴とする請求項１に記載のハイブリッド車の制御装置。
3. 前記発電機の発電電力を算出する発電電力算出手段を備え、
   前記触媒暖機制御手段は、前記過充電防止制御の実行中に、前記発電機の発電電力と前記二次電池の残りの充電可能量に応じた充電許容電力との差に基づいて前記発電機の発電電力のうちの前記二次電池の充電能力を超える余剰電力を算出し、該余剰電力を考慮して前記電動機に入力する電力を制御することを特徴とする請求項１又は２に記載のハイブリッド車の制御装置。
4. 前記電動機の消費電力を算出する消費電力算出手段を備え、
   前記触媒暖機制御手段は、前記電動機の消費電力が前記余剰電力より少ない場合に、前記過充電防止制御を実行することを特徴とする請求項３に記載のハイブリッド車の制御装置。
5. 前記二次電池の現在の充電量を算出する充電量算出手段を備え、
   前記残り充電可能量算出手段は、前記二次電池の残りの充電可能量を、前記二次電池の満充電量と現在の充電量との差に基づいて算出することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１つに記載のハイブリッド車の制御装置。
6. 前記触媒暖機制御手段は、前記過充電防止制御の実行中に、前記電動機の動力を変化せないように前記電動機の運転効率を変化させて該電動機の消費電力を制御することを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１つに記載のハイブリッド車の制御装置。
7. 前記電動機を正弦波ＰＷＭ制御方式で制御するモータ制御手段を備え、
   前記触媒暖機制御手段は、前記過充電防止制御の実行中に、前記正弦波ＰＷＭ制御方式で前記電動機に通電する電流ベクトル又は前記電動機に印加する電圧ベクトルを操作することで前記電動機に入力する電力を制御することを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１つに記載のハイブリッド車の制御装置。

Images