JP5229884B2 - ハイブリッド車両の制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関と電動機を駆動源として備えたＨＥＶ（Ｈｙｂｒｉｄ Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ Ｖｅｈｉｃｌｅ：ハイブリッド車両）の制御装置に関し、特に発進を補助するための制御装置に関する。

例えば、特許文献１には、内燃機関と電動機を駆動源として備えたハイブリッド車両において、運転者の要求（例えばアクセル踏み込み量や内燃機関の回転速度など）に基づいて定められる要求トルク（目標車両駆動トルク：例えば運転者のアクセルペダルの操作情報、車速情報、車両重量等に基づいて定められる）に対する内燃機関と電動機の負担割合を、傾斜センサ等を用いて検出される路面勾配が大きい場合（例えば坂道発進など）に、電動機の負担割合（電動機によるアシストトルク）を増加して発進（加速）を補助するような技術が記載されている。また、引用文献１のものでは、重量センサ等を用いて検出される車両重量などが重い場合にも、同様に、電動機の負担割合（電動機によるアシストトルク）を増加して発進（加速）を補助するようにしている。
特開平７−２４５８０７号公報

しかしながら、特許文献１に記載された装置は、坂道発進時の発進性（或いは車両重量（積載重量）が大きい場合の発進性）を改善するために、傾斜センサ（或いは重量センサ）等を用いて路面勾配（或いは車両重量）を検出し、当該検出結果に基づいて発進補助を行うものであるため、比較的高価な傾斜センサ（或いは重量センサ）を別個備える必要があるため、構成が複雑化すると共にコストの増加を招くといった実情がある。

また、特許文献１のものは、坂道発進（或いは車両重量が大きい場合の発進）の際でも、平坦路における発進（或いは車両重量が小さい場合の発進）と同様に、運転者の要求（例えばアクセル踏み込み量や内燃機関の回転速度など）に基づいて要求トルクを求める構成であるため、坂道発進（或いは車両重量が大きい場合の発進）の際に、運転者は期待する加速が得られなかったり内燃機関１の回転速度の落ち込みなどに対応して、運転者はアクセルペダルを大きく踏み込む必要があり、平坦路における発進等に比べて運転者への負担が大きいといった実情がある。

本発明は、かかる実情に鑑みなされたもので、簡単かつ安価な構成でありながら、負担の少ない操作により円滑な発進を実現することができるハイブリッド車両の制御装置を提供することを目的とする。特に、例えば坂道発進や車両重量が大きい場合などの負荷の比較的大きな発進の際においても、平坦路等における比較的負荷の小さな発進と同等の操作性によって車両を円滑に発進させることができるハイブリッド車両の制御装置を提供することを目的とする。

このため、本発明に係るハイブリッド車両の制御装置は、
内燃機関と電動機とを駆動源として備えたハイブリッド車両の制御装置であって、
発進の際に、電動機の運転制御における制御目標値として回転速度に関連する情報を用いるものにおいて、
運転者の要求に従って設定される目標車両駆動トルクに対する内燃機関と電動機の負担割合のトルクに応じて内燃機関と電動機を運転制御する機能を備えた場合に、
発進の際に、前記目標車両駆動トルクに対する内燃機関の負担割合のトルクを制御目標値として内燃機関の運転を制御し、電動機の運転制御についてはその制御目標値として回転速度に関連する情報を用いることを特徴とする。

本発明において、前記電動機の運転制御は、制御目標値と、実際に検出された回転速度に関連する情報と、の偏差を縮小するフィードバック制御機能を有することを特徴とすることができる。

本発明において、前記発進は、比較的負荷の大きい状態における発進であることを特徴とすることができる。

本発明において、前記発進は、車両停止状態から所定時間内における運転者のアクセルペダル操作情報に基づいて検知されることを特徴とすることができる。

本発明によれば、簡単かつ安価な構成でありながら、負担の少ない操作により円滑な発進を実現することができるハイブリッド車両の制御装置を提供することができる。特に、例えば坂道発進や車両重量が大きい場合など負荷の比較的大きな発進の際においても、平坦路等における比較的負荷の小さな発進と同等の操作性によって車両を円滑に発進させることができるハイブリッド車両の制御装置を提供することができる。

以下、本発明に係る一実施の形態を、添付の図面を参照しつつ説明する。なお、以下で説明する実施の形態により、本発明が限定されるものではない。

本発明の一実施の形態に係るハイブリッド車両（ＨＥＶ：Ｈｙｂｒｉｄ Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ Ｖｅｈｉｃｌｅ）には、図１に示すように、内燃機関１と、当該内燃機関１に回転連結された電動発電機２と、電池３と、この電池３とこの電動発電機２の間に設けられたインバータ回路４と、が搭載されている。

電動発電機２は、かご形誘導機により構成され、界磁巻線に回転軸の回転速度（回転数）より大きい回転速度を有する回転磁界を与える三相交流電流を供給して駆動すると、電動機として動作し、界磁巻線に回転軸の回転速度より小さい回転速度を有する回転磁界を与える三相交流電流を供給すると、回転軸に与えられる機械エネルギが電気エネルギに変換されて、これを三相交流として界磁巻線から取り出すことができるように構成されている。

電動発電機２を車両駆動源として機能させるために当該電動発電機２に供給する交流電流は、電池３から供給される直流電流をインバータ回路４により変換して得る。
また、電動発電機２が発電機として動作されるときに発生される三相交流は、インバータ回路４により直流電流に変換され、電池３を充電することで回生されるようになっている。

なお、インバータ回路４の交流側の周波数（すなわち、電動発電機２の回転磁界の回転速度）は、内燃機関１つまり電動発電機２の回転軸の回転速度を検出する回転センサ６の出力を取込み、その取り込まれた出力に基づいてインバータ回路４を制御する制御回路５により制御される。

つまり、電動発電機２を電動機として動作させて、補助加速（アシスト）を行うときには、制御回路５はアクセルペダル２１の操作に連動するアクセルセンサ１７の出力を取込んで、運転者が要求する要求トルク（目標車両駆動トルク：例えば運転者のアクセルペダル２１の操作情報、車速情報、車両重量等に基づいて定められる）を求め、当該要求トルクに対する内燃機関１の負担割合（負担トルク）と電動発電機２の負担割合（負担トルク）を、例えば車両走行状態（車速、変速段位置など）に基づいて定められているマップ等を参照して取得し、内燃機関１の負担割合（負担トルク）を達成するよう内燃機関１の運転を制御するエンジン制御回路に制御指令を送ると共に、電動発電機２の負担割合（負担トルク）を達成するようインバータ回路４を制御するようになっている。このような補助加速の際には、エネルギは電池３から電動発電機２に供給される。

電動発電機２を発電機として動作させて電気制動（回生制動）を行うときには、制御回路５は回転センサ６が検出する回転速度よりわずかに小さい（負のすなわち率０〜数％の）回転磁界を電動発電機２の界磁巻線に発生させるようにインバータ回路４を制御する。このときエネルギは電動発電機２から電池３に供給され、或いは半導体スイッチ回路１２を介して抵抗器１１により消耗される。

このとき、電池３の端子電圧は検出回路１３により観測されていて、電池３に充電の余裕があるならスイッチ制御回路１４は半導体スイッチ回路１２を非導通状態として、電流は電池３を充電するように流れる。

この一方、電池３が所定に充電されていて充電する必要がない場合には、スイッチ制御回路１４は半導体スイッチ回路１２を導通状態として、電動発電機２の回生制動により発生した電気エネルギは抵抗器１１により消費されるようになっている。

車速センサ１６は、例えば車輪回転または変速機の出力側の回転を検出して車速を検出するためのセンサであり、制御回路５では、例えば取得された車速と変速比（変速機の入力側の回転速度と出力側の回転速度の比）などから変速機が現在どの変速段位置にあるのかなどを知るために利用されることができる。なお、変速機は自動変速機、手動式変速機の何れであって良い。また、無段変速機の場合には変速段位置を知ることなく、変速比を以下で説明する制御においてそのまま用いることができる。

電池３の標準的な端子電圧は、例えば３００Ｖであり、これは車両の電気設備において利用するために、ＤＣ／ＤＣコンバータ１９により２４Ｖに変換される。

ここで、上述したような構成を有するハイブリッド車両において、従来は、車両発進の際においては、所定車速に至った後の通常走行における制御と同様に、アクセルセンサ１７の出力から運転者が要求する要求トルクを求め、当該要求トルクに対する内燃機関１の負担割合（負担トルク）と電動発電機２の負担割合（負担トルク）を例えばマップ等を参照することで取得し、取得した内燃機関１の負担割合（負担トルク）を達成するよう内燃機関１の運転を制御すると共に、取得した電動発電機２の負担割合（負担トルク）を達成するよう制御していたが、かかる従来の制御方法では、坂道発進（或いは車両重量が大きい場合の発進）の際に、運転者は期待する加速が得られなかったり内燃機関１の回転速度（回転数）の落ち込みなどに対応して、アクセルペダル２１を大きく踏み込む必要があり、平坦路における発進等に比べて運転者への負担が大きかった。

このため、本実施の形態に係る制御装置５では、簡単な方法により坂道発進或いは車両重量が大きい場合など比較的負荷の大きい状態での発進であることを検知し、かかる場合には、イージー坂道発進制御モードを実行し、電動発電機２の運転制御の制御目標を、従来の負担トルクから、電動発電機２の回転速度へ切り換えるようにした。

具体的には、図２のフローチャートに示すように、
Ｓ（ステップ。以下、同様）１で、イージー坂道発進制御モード開始条件が成立したか否かを判断する。
例えば、車両停止状態（車速が所定以下）で、かつ、パワーライン接状態（ギヤイン（変速機の入力軸と出力軸とがギヤを介して回転連結された状態）及びクラッチ接状態（クラッチが接続された状態：内燃機関１（電動発電機２）の出力軸と、変速機２の入力軸と、が接続された状態）において、アクセルペダル２１の踏込み量（アクセル開度）が、図３のタイムチャートに示すように、アクセルペダル２１の踏込み開始から所定の判定時間内に、所定以上に増大（踏み増し）方向に変化した場合に、坂道発進（或いは車両重量が大きい場合などの比較的負荷の大きい状態での発進）であると判断し、イージー坂道発進制御モード開始条件が成立したと判断する。

ＹＥＳの場合にはＳ２へ進む。
一方、ＮＯの場合にはＳ６へ進み、イージー坂道発進制御モードフラグを０（Ｆａｌｓｅ）にセットした後、Ｓ７で運転者の要求（アクセルペダル操作）に従った通常の運転制御（要求トルク＝内燃機関１の負担トルク＋電動発電機２の負担トルク）を実行し、本フローを終了する。

なお、平坦路或いは車両重量（積載重量）が小さい場合など比較的負荷の小さい状態での発進の際に、坂道発進であると誤判定してイージー坂道発進制御モードへ移行させてしまうと運転者に対して違和感等を与えてしまう惧れがあるため、かかる惧れを回避するために、図４のタイムチャートに示すように、上記のイージー坂道発進制御モード開始条件に該当しないまま一度アクセルペダル２１を所定に踏みんだ後に、更にアクセルペダル２１を踏み増しすることで、上記のイージー坂道発進制御モード開始条件に該当するような場合には、所定の判定時間内におけるアクセル開度変化ではないとして、坂道発進とは判定せず、上記のイージー坂道発進制御モードへの移行させないようになっている。
従って、かかる場合には、Ｓ１でＮＯ判定されることとなり、Ｓ７で運転者の要求（アクセルペダル操作）に従った通常の運転制御が行われることになる。

Ｓ２では、イージー坂道発進制御モード終了条件判定除外時間が経過したか否かを判断する。すなわち、イージー坂道発進制御モード条件成立後、所定時間（例えば、車両が発進して所定車速に至るまで（下記（１）〜（４）の条件を参照）はイージー坂道発進制御モードを維持すべく、イージー坂道発進制御モード終了条件が成立したか否かの判定を行わないようにする。
但し、除外時間が経過する前であっても、アクセルペダル２１から足が離されたり、ブレーキペダル２２が踏まれた場合には、イージー坂道発進制御モード条件成立を解除して運転者の要求を優先させることもできる。
ＹＥＳであれば前記除外時間経過したとしてＳ３へ進み、ＮＯであれば前記除外時間経過していないとしてＳ４へ進む。

Ｓ３では、イージー坂道発進制御モード終了条件が成立したか否かを判断する。例えば、以下の何れかの条件が成立した場合に、イージー坂道発進制御モードを終了する条件が成立したものとすることができる。
（１）アクセルペダル２１の踏み込み量が所定以上戻された
（２）車速が所定車速以上になった
（３）クラッチペダルが所定に踏み込まれた
（４）運転者の要求トルク≧坂道発進トルク（予め定められている坂道発進に適合された発進トルク）となった

そして、ＹＥＳであれば、イージー坂道発進制御モードによる発進補助制御を終了すべく、Ｓ６へ進み、イージー坂道発進制御モードフラグを０（Ｆａｌｓｅ）にセットした後、Ｓ７で運転者の要求（アクセルペダル操作）に従った通常の運転制御（要求トルク＝内燃機関１の負担トルク＋電動発電機２の負担トルク）を実行して、本フローを終了する。
これに対し、ＮＯであれば、Ｓ４へ進む。

Ｓ４では、イージー坂道発進制御モードフラグを１（Ｔｒｕｅ）にセットし、Ｓ５でイージー坂道発進制御モードによる発進補助制御を実行して、本フローを終了する。

なお、Ｓ５で行われるイージー坂道発進制御モードによる発進補助制御においては、制御装置５はアクセルペダル２１の操作に連動するアクセルセンサ１７の出力を取込んで、運転者が要求する要求トルクを求め、当該要求トルクに対する内燃機関１の負担割合（負担トルク）を、例えば車両走行状態（車速、変速段位置など）に基づいて定められているマップ等を参照して取得する。なお、本実施の形態では、図５のタイムチャートに示すように、例えば内燃機関１の負担割合を１００％として、内燃機関１の発生トルクで要求トルクを達成するように内燃機関１の運転は制御されるが、これに限定されるものではなく、要求される発進特性等に従って、イージー坂道発進制御モードで運転中の内燃機関１の負担割合を適宜変更することは可能である。

そして、制御装置５では、上記で取得された内燃機関１の負担割合（ここでは１００％）を達成するようエンジン制御回路に制御指令を送る一方で、電動発電機２に対しては、予め坂道発進に適合されて設定された目標回転速度を制御目標値として与え、当該目標回転速度を達成するようにインバータ回路４を介して電動発電機２の駆動を制御（例えばＰＷＭ（Ｐｕｌｓｅ Ｗｉｄｔｈ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）制御による速度制御を実行）するようになっている。なお、制御目標値としては、目標回転速度に限らず、車速等の目標回転速度に関連する情報とすることができる。

当該目標回転速度を制御目標とする制御は、回転センサ６の検出信号から実際の回転速度を取得し、当該実際の回転速度と目標回転速度との偏差を縮小するような所謂フィードバック制御とすることができる。

なお、かかるフィードバック制御は、フィードバック補正量として、比例分（Ｐ分）、積分分（Ｉ分）、微分分（Ｄ分）を与えるＰＩＤ制御とすることができる。但し、ＰＩＤ制御に限らず、制御精度等の要求に応じて、Ｐ分、Ｉ分、Ｄ分の少なく１つをフィードバック補正量として与える構成とすることができる。

更に、当該イージー坂道発進制御モードによる発進補助制御は、予め実験等により目標回転速度を達成するであろう制御量を取得しておいて、これを制御量として予め与える所謂フィードフォワード制御と、前記フィードバック制御と、を組み合わせることができ、かかる場合には応答性及び制御精度の両立が可能となる。

また、制御精度や応答性等の要求に従って、当該イージー坂道発進制御モードによる発進補助制御を、前記フィードフォワード制御のみで構成することも可能である。

このように、本実施の形態では、坂道発進（或いは車両重量が大きい場合などの比較的負荷の大きい状態での発進）の際に、運転者の要求トルクに対する内燃機関１及び電動発電機２の負担トルクを制御目標値とする従来の制御（図６のタイムチャート参照）から、電動発電機２の駆動制御に関して制御目標値として回転速度に関連する情報を用いる構成としたので、図５のタイムチャートに示したように、従来の制御に較べて、運転者がアクセルペダル２１を大きく踏込まなくても、内燃機関１の回転速度の落ち込みがなく円滑に回転速度（延いては車速）を上昇させることができ、以って運転者に対する負担の少ない円滑な発進を実現することができる。

また、本実施の形態によれば、簡単な方法により比較的負荷の大きな発進（坂道発進や積載重量の大きい状態での発進など）を検出することができるので、従来のように比較的高価な傾斜（路面勾配）センサや重量センサ等を備えたり、路面勾配や車両重量を推定するための複雑な推定制御を実行する必要がないので、低コスト化等も図ることができる。但し、傾斜（路面勾配）センサや重量センサ等を備えたり、路面勾配や車両重量を推定するための複雑な推定制御を実行する場合においても、本実施の形態に係るイージー坂道発進制御を実行させることも可能である。

なお、本実施の形態では、比較的負荷の大きい発進の際にイージー坂道発進制御モードへ移行させる構成としたが、これに限定されるものではなく、発進の際にイージー坂道発進制御モードへ移行させ、電動発電機２の駆動制御に関して制御目標値として回転速度に関連する情報を用いるように構成して、運転者に対する負担の少ない円滑な発進を実現することができる。

ところで、本発明はトラックやバスなどの比較的大型の車両に限定されるものではなく、普通乗用車等の小型車両などにも適用可能である。

以上で説明した実施の形態は、本発明を説明するための例示に過ぎず、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、種々変更を加え得ることは可能である。

本発明の一実施の形態に係る全体構成を概略的に示す図である。 同上実施の形態に係る制御装置が実行するイージー坂道発進制御を説明するフローチャートである。 同上実施の形態に係る制御装置が実行する坂道発進判定方法を説明するタイムチャートである。 同上実施の形態に係る制御装置が実行する坂道発進判定方法における誤判定を防止機能について説明するタイムチャートである。 同上実施の形態に係る制御装置によるイージー坂道発進制御を実行した場合の回転速度（回転数）或いは車速、各発生トルク、アクセル踏込み量（開度）の変化を示したタイムチャートである。 従来の坂道発進の際における制御を行った場合の回転速度（回転数）或いは車速、各発生トルク、アクセル踏込み量（開度）の変化を示したタイムチャートである。

符号の説明

１ 内燃機関
２ 電動発電機
５ 制御回路
１７ アクセルセンサ
２１ アクセルペダル

Claims (4)

1. 内燃機関と電動機とを駆動源として備えたハイブリッド車両の制御装置であって、
   発進の際に、電動機の運転制御における制御目標値として回転速度に関連する情報を用いるものにおいて、
   運転者の要求に従って設定される目標車両駆動トルクに対する内燃機関と電動機の負担割合のトルクに応じて内燃機関と電動機を運転制御する機能を備えた場合に、
   発進の際に、前記目標車両駆動トルクに対する内燃機関の負担割合のトルクを制御目標値として内燃機関の運転を制御し、電動機の運転制御についてはその制御目標値として回転速度に関連する情報を用いることを特徴とするハイブリッド車両の制御装置。
2. 前記電動機の運転制御は、制御目標値と、実際に検出された回転速度に関連する情報と、の偏差を縮小するフィードバック制御機能を有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両の制御装置。
3. 前記発進は、比較的負荷の大きい状態における発進であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のハイブリッド車両の制御装置。
4. 前記発進は、車両停止状態から所定時間内における運転者のアクセルペダル操作情報に基づいて検出されることを特徴とする請求項１〜請求項３の何れか１つに記載のハイブリッド車両の制御装置。
   

Images