JP6531130B2 - ハイブリッド車両の制御装置 - Google Patents

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Description

本発明は、ハイブリッド車両の制御装置に関する。
特許文献１に記載のハイブリッド自動車では、走行用バッテリを充電した後でおよびそれに直接続く制動状況、例えばハイブリッド自動車がスタート直後に坂または傾斜地を下りるときの制動状況の後でエンジンブレーキが開始されると、運転者が純電気運転モードは生じていないと誤解する場合があるため、コールドスタートが存在し、走行用バッテリの充電レベルが充電閾値以下において走行運転中に走行用バッテリの充電が許容される場合には、ハイブリッド自動車を制動するためのエンジンブレーキを所定の走行距離および／または所定の時間にわたって阻止する。
特許第５９６５４５９号公報
上記説明した特許文献１のハイブリッド自動車は、走行用バッテリの充電が許容されない場合にはエンジンブレーキの阻止を行わない、すなわちエンジンブレーキを行うと考えられるため、走行用バッテリの充電レベルが充電閾値より大きな値となるまで充電された後に坂または傾斜地を下りる際には、エンジンブレーキによる騒音が生じる。この騒音は、ハイブリッド自動車は電気運転を行うため静粛性が高いと思いがちな運転者に違和感を与えてしまう。特に、走行用バッテリの充電が完了してスタートした直後に発生するエンジン音に運転者は違和感を持ちやすいため、運転者にとっての走行快適性が低下してしまう。
本発明の目的は、バッテリの充電を許容できない場合であっても運転者にとっての走行快適性を向上可能なハイブリッド車両の制御装置を提供することである。
上記の目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、
エンジンと、
前記エンジンの動力によって発電する第１モータジェネレータと、
バッテリと、
駆動輪に接続され、前記バッテリ及び前記第１モータジェネレータの少なくとも一方からの電力供給によって駆動する第２モータジェネレータと、を備えたハイブリッド車両の制御装置であって、
前記バッテリの充電状態を値の高低によって表す変数が所定値以上である場合には、前記ハイブリッド車両の制動時に、前記第２モータジェネレータを発電機として作動して得られた回生電力によって前記第１モータジェネレータを電動機として駆動し、前記第１モータジェネレータの負荷を前記エンジンとする第一制御と、機械的ブレーキが制動力を供給するよう制御する第二制御と、のいずれかを行い、
前記変数が所定値以上であり、且つ、前記ハイブリッド車両が起動した時点から所定時間が経過するまでの間は、前記第二制御のみを行うハイブリッド車両の制御装置である。
請求項１の発明によれば、バッテリの充電状態を表す変数が所定値以上であるためにバッテリの充電を許容できない状態では、ハイブリッド車両の起動後、所定時間が経過するまでの間は、機械的ブレーキの使用による制動のみを行うためエンジン音が発生しない。すなわち、エンジン音がすると運転者が違和感を持ちやすいハイブリッド車両のスタート直後における、エンジン音の発生を抑制できる。
シリーズ方式とパラレル方式とを切り換え可能なＨＥＶ（車両）の内部構成を示すブロック図である。 バッテリ、ＶＣＵ、第１インバータ、第２インバータ、第１モータジェネレータ及び第２モータジェネレータの関係を示す電気回路図である。 車両の状態によって異なる制動制御を行うＥＣＵの内部構成を示すブロック図である。 （ａ）は第１制動制御時のエネルギーの流れを示す説明図であり、（ｂ）は第２制動制御時のエネルギーの流れを示す説明図であり、（ｃ）は第３制動制御時のエネルギーの流れを示す説明図である。 車両の起動後に制動制御を選択する際の制御部が行う処理の流れを示すフローチャートである。 車両の起動後に制動制御を選択する際の制御部が行う処理の流れの他の例を示すフローチャートである。
以下、本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。
ＨＥＶ（Hybrid Electrical Vehicle：ハイブリッド電気自動車）は、モータジェネレータ及びエンジンを備え、車両の走行状態に応じてモータジェネレータ及び／又はエンジンの駆動力によって走行する。ＨＥＶには、大きく分けてシリーズ方式とパラレル方式の２種類がある。シリーズ方式のＨＥＶは、モータジェネレータの動力によって走行する。エンジンは主に発電のために用いられ、エンジンの動力によって別のモータジェネレータで発電された電力はバッテリに充電されるか、モータジェネレータに供給される。一方、パラレル方式のＨＥＶは、モータジェネレータ及びエンジンのいずれか一方又は双方の駆動力によって走行する。また、これら両方式を切り換え可能なＨＥＶも知られている。この種のＨＥＶでは、走行状態に応じてクラッチを切断又は締結する（断接する）ことによって、駆動力の伝達系統をシリーズ方式及びパラレル方式のいずれかの構成に切り替える。
図１は、シリーズ方式とパラレル方式とを切り換え可能なＨＥＶの内部構成を示すブロック図である。図１に示すＨＥＶ（以下、単に「車両」という。）は、エンジンＥＮＧと、第１モータジェネレータＭＧ１と、第２モータジェネレータＭＧ２と、ロックアップクラッチ（以下、単に「クラッチ」という）ＣＬと、ギアボックス（以下、単に「ギア」という。）ＧＢと、車速センサー１０１と、バッテリセンサー１０３と、バッテリＢＡＴと、ＶＣＵ（Voltage Control Unit）１０５と、第１インバータＩＮＶ１と、第２インバータＩＮＶ２と、ブレーキＢＲＫと、ＥＣＵ（Electronic Control Unit）１０７とを備える。なお、図１中の太い実線は機械連結を示し、二重点線は電力配線を示し、細い実線の矢印は制御信号又は検出信号を示す。
エンジンＥＮＧは、クラッチＣＬが切断された状態で、第１モータジェネレータＭＧ１を発電機として駆動し、車両の制動時には電動機として動作する第１モータジェネレータＭＧ１の負荷としても機能し得る。但し、クラッチＣＬが締結されると、エンジンＥＮＧが出力した動力は、車両が走行するための機械エネルギーとして、第１モータジェネレータＭＧ１、クラッチＣＬ、ギアＧＢ、第２モータジェネレータＭＧ２、ディファレンシャルギヤ８及び駆動軸９を介して、駆動輪ＤＷ，ＤＷに伝達される。
第１モータジェネレータＭＧ１は、エンジンＥＮＧの動力によって駆動され、電力を発生する。また、第１モータジェネレータＭＧ１は、車両の制動時には電動機として動作し得る。
第２モータジェネレータＭＧ２は、回転子がバッテリＢＡＴ及び第１モータジェネレータＭＧ１の少なくとも一方からの電力供給によって電動機として動作し、車両が走行するための動力を発生する。第２モータジェネレータＭＧ２で発生したトルクは、ディファレンシャルギヤ８及び駆動軸９を介して、駆動輪ＤＷ，ＤＷに伝達される。また、第２モータジェネレータＭＧ２は、車両の制動時には発電機として動作し得る。
クラッチＣＬは、ＥＣＵ１０７からの指示に応じて、エンジンＥＮＧから駆動輪ＤＷ，ＤＷまでの動力の伝達経路を切断又は締結する（断接する）。クラッチＣＬが切断状態であれば、エンジンＥＮＧが出力した動力は駆動輪ＤＷ，ＤＷに伝達されず、クラッチＣＬが接続状態であれば、エンジンＥＮＧが出力した動力は駆動輪ＤＷ，ＤＷに伝達される。ギアＧＢは、変速段又は固定段を含み、エンジンＥＮＧからの動力を所定の変速比で変速して駆動輪ＤＷに伝達する。ギアＧＢにおける変速比はＥＣＵ１０７からの指示に応じて変更される。
バッテリＢＡＴは、直列に接続された複数の蓄電セルを有し、例えば１００〜２００Ｖの高電圧を供給する。蓄電セルは、例えば、リチウムイオン電池やニッケル水素電池である。
車速センサー１０１は、車両の走行速度（車速ＶＰ）を検出する。車速センサー１０１によって検出された車速ＶＰを示す信号は、ＥＣＵ１０７に送られる。
バッテリセンサー１０３は、バッテリＢＡＴの出力（端子電圧，充放電電流）を検出する。バッテリセンサー１０３が検知した端子電圧や充放電電流等を示す信号は、バッテリ情報としてＥＣＵ１０７に送られる。
ＶＣＵ１０５は、第２モータジェネレータＭＧ２が電動機として動作する際のバッテリＢＡＴの出力電圧を昇圧する。また、ＶＣＵ１０５は、車両の制動時に第２モータジェネレータＭＧ２が発電して直流に変換された回生電力をバッテリＢＡＴに充電する場合に、第２モータジェネレータＭＧ２の出力電圧を降圧する。さらに、ＶＣＵ１０５は、エンジンＥＮＧの駆動によって第１モータジェネレータＭＧ１が発電して直流に変換された電力を降圧する。ＶＣＵ１０５によって降圧された電力は、バッテリＢＡＴに充電される。
図２は、バッテリＢＡＴ、ＶＣＵ１０５、第１インバータＩＮＶ１、第２インバータＩＮＶ２、第１モータジェネレータＭＧ１及び第２モータジェネレータＭＧ２の関係を示す電気回路図である。図２に示すように、ＶＣＵ１０５は、バッテリＢＡＴが出力するＶ１電圧を入力電圧として２つのスイッチング素子をオンオフ切換動作することによって、出力側のＶ２電圧をＶ１電圧よりも高い電圧に昇圧する。なお、ＶＣＵ１０５の２つのスイッチング素子がオンオフ切換動作しないときのＶ２電圧はＶ１電圧に等しい。
第１インバータＩＮＶ１は、エンジンＥＮＧの駆動によって第１モータジェネレータＭＧ１が発電した交流電圧を直流電圧に変換する。また、第１インバータＩＮＶ１は、車両の制動時に第２モータジェネレータＭＧ２で発電され第２インバータＩＮＶ２によって変換された直流電圧を交流電圧に変換して３相電流を第１モータジェネレータＭＧ１に供給する。第２インバータＩＮＶ２は、直流電圧を交流電圧に変換して３相電流を第２モータジェネレータＭＧ２に供給する。また、第２インバータＩＮＶ２は、車両の制動時に第２モータジェネレータＭＧ２が発電した交流電圧を直流電圧に変換する。
ブレーキＢＲＫは、機械的ブレーキである。すなわち、ブレーキＢＲＫは、車両の運転者によるブレーキペダルの操作に応じて制御される油圧等によって、車両を制動する。
ＥＣＵ１０７は、車両の状態に応じて、第１インバータＩＮＶ１、第２インバータＩＮＶ２、ＶＣＵ１０５及びブレーキＢＲＫの制御を行うことで、車両の状態に適した制動制御を行う。図３は、車両の状態によって異なる制動制御を行うＥＣＵ１０７の内部構成を示すブロック図である。図３に示すように、ＥＣＵ１０７は、ＳＯＣ算出部１５１と、制動値算出部１５３と、制御部１５５とを有する。以下、ＥＣＵ１０７が有する各構成要素について説明する。
ＳＯＣ算出部１５１は、バッテリセンサー１０３から得られたバッテリ情報に基づいて、バッテリＢＡＴの充電状態を値の高低によって表す変数であるＳＯＣ（State Of Charge）を算出する。
制動値算出部１５３は、車速センサー１０１から得られた車速ＶＰと、制御部１５５がブレーキＢＲＫに指示した制動トルクとを乗算して、ブレーキＢＲＫによる制動分の積算値（制動積算値）を算出する。ブレーキＢＲＫに指示されたトルクと回転数である車速ＶＰを乗算すれば、ブレーキＢＲＫによる制動力が得られる。この制動力は、ブレーキＢＲＫにおける発熱量との相関がある。したがって、上記トルクと車速ＶＰの積算値（制動積算値）が大きいとブレーキＢＲＫにおける発熱が推定されるため、ブレーキＢＲＫの使用を制限することが望ましい。
制御部１５５は、ＳＯＣ算出部１５１が算出したＳＯＣと、制動値算出部１５３が算出した制動積算値とに基づいて、車両の制動時にどの形態での制動制御を行うかを選択し、ブレーキペダルに対する操作の大きさを表すブレーキペダル踏力（ＢＲＫ踏力）に応じた制動トルクを発生するよう、第１インバータＩＮＶ１、第２インバータＩＮＶ２、ＶＣＵ１０５及びブレーキＢＲＫの少なくとも１つの制御を行う。
車両の制動時に制御部１５５が選択し得る制動制御の形態は３つある。図４は、３つの制動制御の各状態を示し、図４（ａ）は、第１制動制御時のエネルギーの流れを示す説明図であり、図４（ｂ）は、第２制動制御時のエネルギーの流れを示す説明図であり、図４（ｃ）は、第３制動制御時のエネルギーの流れを示す説明図である。
図４（ａ）に示す第１制動制御では、車両の制動力によって第２モータジェネレータＭＧ２が発電機として動作し、第２モータジェネレータＭＧ２が発生した回生電力はバッテリＢＡＴに充電される。また、図４（ｂ）に示す第２制動制御では、車両の制動力によって第２モータジェネレータＭＧ２が発電機として動作し、第２モータジェネレータＭＧ２が発生した回生電力によって第１モータジェネレータＭＧ１を力行運転してエンジンＥＮＧを逆駆動する。このとき、エンジンＥＮＧは第１モータジェネレータＭＧ１の負荷として機能し、回生電力は第１モータジェネレータＭＧ１の力行運転のために消費される。また、図４（ｃ）に示す第３制動制御では、車両の制動力をブレーキＢＲＫが供給する。
このように、第１制動制御及び第２制動制御では、車両の制動時に、第２モータジェネレータＭＧ２を発電機として作動する回生ブレーキが用いられる。但し、第１制動制御では、回生電力がバッテリＢＡＴに充電されるが、第２制動制御では、回生電力によって第１モータジェネレータＭＧ１を電動機として駆動し、第１モータジェネレータＭＧ１の負荷をエンジンＥＮＧとする。また、第３制動制御では、車両の制動時に、回生ブレーキは用いられず、ブレーキＢＲＫを用いた機械ブレーキが用いられる。
図５は、車両の起動後に制動制御を選択する際の制御部１５５が行う処理の流れを示すフローチャートである。図５に示すように、制御部１５５は、イグニッションスイッチ（ＩＧＳＷ）がオンされたか否かを判断し（ステップＳ１０１）、イグニッションスイッチがオンされて車両が起動するとステップＳ１０３に進む。ステップＳ１０３では、制御部１５５は、ＳＯＣ算出部１５１が算出したバッテリＢＡＴのＳＯＣが所定値（例えば、９０％）以上か否かを判断し、ＳＯＣが所定値未満（ＳＯＣ＜９０％）であればステップＳ１０５に進み、ＳＯＣが所定値以上（ＳＯＣ≧９０％）であればステップＳ１０７に進む。
ステップＳ１０５では、制御部１５５は、車両の制動時に行う制動制御の形態として、図４（ａ）に示した第１制動制御を選択する。ステップＳ１０７では、制御部１５５は、車両の制動時に行う制動制御の形態として、図４（ｃ）に示した第３制動制御を選択する。次に、制御部１５５は、車両の起動から所定時間ｔｔｈが経過した（経過時間ｔ＞ｔｔｈ）か否かを判断し（ステップＳ１０９）、ｔ＞ｔｔｈであればステップＳ１１１に進み、ｔ≦ｔｔｈであればステップＳ１０３に戻る。
ステップＳ１１１では、制御部１５５は、制動値算出部１５３が算出したブレーキＢＲＫによる制動分の積算値（制動積算値）がしきい値ｔｈ以上か否かを判断し、制動積算値≧ｔｈであり、ブレーキＢＲＫの使用が制限された状態であればステップＳ１１３に進み、制動積算値＜ｔｈであり、ブレーキＢＲＫの使用が制限されていない状態であればステップＳ１１５に進む。ステップＳ１１３では、制御部１５５は、車両の制動時に行う制動制御の形態として、図４（ｂ）に示した第２制動制御を選択する。なお、第２制動制御が選択された際の車両の制動時に、必要とする制動力が第２制動制御だけでは得られない場合は、その不足分をブレーキＢＲＫによる制動力によって補完しても良い。ステップＳ１１５では、制御部１５５は、車両の制動時に行う制動制御の形態として、図４（ｃ）に示した第３制動制御を選択する。このように、図５のフローチャートによれば、車両の起動後、バッテリＢＡＴのＳＯＣが所定値以上であれば、ブレーキＢＲＫの使用が制限されるまでの間は、第３制動制御を選択してブレーキＢＲＫが制動力を供給する処理を行う。
なお、図５のフローチャートでは、バッテリＢＡＴのＳＯＣが所定値（例えば、９０％）以上である場合には、車両の起動から所定時間ｔｔｈが経過するまでは、制動積算値としきい値ｔｈの大小にかかわらず第３制動制御を選択しているが、図６に示すフローチャートのようにステップＳ１０７及びＳ１０９を行わず、ＳＯＣが所定値以上である場合には、車両の起動からの経過時間によらず、制動積算値としきい値ｔｈの大小に応じた制動制御の選択を行っても良い。
以上説明したように、本実施形態によれば、バッテリＢＡＴのＳＯＣが所定値（９０％）以上であるためにバッテリＢＡＴの充電を許容できない状態では、車両の起動後、所定時間ｔｔｈが経過するまでの間又は所定時間ｔｔｈが経過してもブレーキＢＲＫの使用が制限されるまでの間は、ブレーキＢＲＫの使用による制動を行うためエンジン音が発生しない。すなわち、エンジン音がすると運転者が違和感を持ちやすい車両のスタート直後における、エンジン音の発生を抑制できる。
また、バッテリＢＡＴのＳＯＣが所定値（９０％）以上であるためにバッテリＢＡＴの充電を許容できない状態において、制動積算値がしきい値ｔｈであるためにブレーキＢＲＫの使用が制限されている場合に行う制動制御（第２制動制御）では、制動時に得られた回生電力によって駆動する第１モータジェネレータＭＧ１がエンジンＥＮＧを負荷とするため、エンジン音が発生するが、ブレーキＢＲＫの使用が制限されていない場合に行う制動制御（第３制動制御）では、ブレーキＢＲＫが制動力を供給しエンジン音は発生しない。このため、バッテリＢＡＴの充電を許容できない状態であっても、ブレーキＢＲＫの使用が制限されていなければ、車両の運転者に違和感を与えずに、運転者にとっての走行快適性を向上できる。
また、バッテリＢＡＴの充電を許容できない状態のとき、ブレーキＢＲＫの使用が制限されていなければ、エンジン音を伴う制動制御（第２制動制御）は選択されず、ブレーキＢＲＫによる制動を行う第３制動制御が選択される。車両が起動したばかりの時点でブレーキＢＲＫの使用が制限されている可能性は低いため、エンジン音がすると運転者が違和感を持ちやすい車両のスタート直後に、エンジン音の発生を抑制できる。
なお、本発明は、前述した実施形態に限定されるものではなく、適宜、変形、改良、等が可能である。例えば、車両は、シリーズ方式とパラレル方式とを切り換え可能なＨＥＶに限らず、シリーズ方式のＨＥＶ又はパラレル方式のＨＥＶでも良い。また、ブレーキＢＲＫの使用の制限は、制動積算値に限らず、ブレーキＢＲＫの温度若しくは別のパラメータに基づく決定、又は、ブレーキＢＲＫの故障の有無に基づき決定しても良い。
１０１ 車速センサー
１０３ バッテリセンサー
１０５ ＶＣＵ
１０７ ＥＣＵ
１５１ ＳＯＣ算出部
１５３ 制動値算出部
１５５ 制御部
ＢＡＴ バッテリ
ＢＲＫ ブレーキ
ＣＬ ロックアップクラッチ
ＤＷ 駆動輪
ＥＮＧ エンジン
ＧＢ ギアボックス
ＩＮＶ１ 第１インバータ
ＩＮＶ２ 第２インバータ
ＭＧ１ 第１モータジェネレータ
ＭＧ２ 第２モータジェネレータ

Claims (1)

  1. エンジンと、
    前記エンジンの動力によって発電する第１モータジェネレータと、
    バッテリと、
    駆動輪に接続され、前記バッテリ及び前記第１モータジェネレータの少なくとも一方からの電力供給によって駆動する第２モータジェネレータと、を備えたハイブリッド車両の制御装置であって、
    前記バッテリの充電状態を値の高低によって表す変数が所定値以上である場合には、前記ハイブリッド車両の制動時に、前記第２モータジェネレータを発電機として作動して得られた回生電力によって前記第１モータジェネレータを電動機として駆動し、前記第１モータジェネレータの負荷を前記エンジンとする第一制御と、機械的ブレーキが制動力を供給するよう制御する第二制御と、のいずれかを行い、
    前記変数が所定値以上であり、且つ、前記ハイブリッド車両が起動した時点から所定時間が経過するまでの間は、前記第二制御のみを行うハイブリッド車両の制御装置。
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