JP7010068B2 - ハイブリッド自動車 - Google Patents

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Description

本発明は、ハイブリッド自動車に関し、詳しくは、エンジンと走行用の動力を出力するモータとを備えるハイブリッド自動車に関する。
従来、この種のハイブリッド自動車としては、エンジンの始動開始時からの所定期間は、スロットル開度が制限値を超えず、かつ、単位時間あたりのスロットル開度の上昇率が所定の開度上昇率以下となるように、スロットルモータを制御するものが提案されている(例えば、特許文献1参照)。このハイブリッド自動車では、上述の制御により、所定期間はエンジンの出力パワーが大きく上昇しないよう制限し、エンジン始動時において運転者に与えるショックを抑制すると共に、吸入空気量のばらつきを抑制して排気エミッションの悪化を抑制している。
特開2007-224848号公報
ハイブリッド自動車のエンジンの始動時では、比較的高車速から加速するときなど走行に要求されるパワー(走行用パワー)が大きいときには、始動直後のエンジン出力を確保するためにエンジンの完爆の判定用回転数を大きくする制御(完爆判定用回転数アップ制御)が実行される場合がある。一方、エンジンを始動する際に、冷却水温が低くエンジンの暖機が行なわれていないときには、エンジンを始動直後に高負荷運転を行なうと失火してしまう場合が生じるため、失火抑制のためにエンジンに要求されるパワー(エンジン要求パワー)の上昇の程度を制限する制御(エンジン要求パワー上昇制限制御)を実行する場合がある。こうしたエンジン要求パワー上昇制限制御を実行する際に同時に完爆判定用回転数アップ制御が実行されると、エンジンの始動時の回転数は大きいが、始動直後のエンジン要求パワーの上昇が制限されているため、エンジンの回転数は、始動後に一旦小さくなり、その後のエンジン要求パワーの上昇にしたがって大きくなり、運転者や乗員に違和感を与えるという不都合が生じる。
本発明のハイブリッド自動車は、エンジン要求パワー上昇制限制御を実行する際に完爆判定用回転数アップ制御が実行されることによって運転者等に違和感を与えるのを抑制することを主目的とする。
本発明のハイブリッド自動車は、上述の主目的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自動車は、
エンジンと、
走行用の動力を出力するモータと、
前記モータと電力のやりとりを行なう蓄電装置と、
前記エンジンを始動するときに前記エンジンに要求されるエンジン要求パワーを制限するための所定の実行条件が成立しているときには前記エンジン要求パワーの上昇の程度を制限するエンジン要求パワー上昇制限制御を実行し、前記エンジンを始動するときに走行に要求される走行用パワーが所定パワー以上のときには前記エンジンの始動時における完爆を判定するための判定用回転数を大きくする完爆判定用回転数アップ制御を実行する制御装置と、
を備えるハイブリッド自動車であって、
前記制御装置は、前記所定の実行条件が成立しているときには前記完爆判定用回転数アップ制御の実行を禁止し、前記所定の実行条件が成立していないときには前記完爆判定用回転数アップ制御の実行を許可する、
ことを特徴とする。
この本発明のハイブリッド自動車では、エンジンを始動するときにエンジンに要求されるエンジン要求パワーを制限するための所定の実行条件が成立しているときにはエンジン要求パワーの上昇の程度を制限するエンジン要求パワー上昇制限制御を実行する。この際、所定の実行条件が成立しているときにはエンジンを始動するときに走行に要求される走行用パワーが所定パワー以上のときにはエンジンの始動時における完爆を判定するための判定用回転数を大きくする完爆判定用回転数アップ制御の実行を禁止し、所定の実行条件が成立していないときには完爆判定用回転数アップ制御の実行を許可する。これにより、エンジン要求パワー上昇制限制御を実行する際に完爆判定用回転数アップ制御が実行されることによって運転者等に違和感を与えるのを抑制することができる。なお、所定の実行条件としては、エンジンの始動時における冷却水温が所定温度以下である条件や、エンジンの始動がシステム起動から最初のエンジン始動である条件、エンジンを始動してから所定時間内である条件などを挙げることができる。これらの条件は、その一部または全部をアンド条件としてもよいし、その一部または全部をオア条件としてもよい。
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HVECU70により実行されるエンジン要求パワー上昇制限処理ルーチンの一例を示すフローチャートである。 エンジン22の始動時におけるエンジン22の運転モードやエンジン要求パワー上昇制限制御実行フラグ,エンジン要求パワーPe*,完爆判定用回転数アップ制御実行フラグ,エンジン22の回転数Neの時間変化の一例を示す説明図である。
次に、本発明を実施するため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、図示するように、エンジン22と、プラネタリギヤ30と、モータMG1,MG2と、インバータ41,42と、バッテリ50と、ハイブリッド用電子制御ユニット(以下、「HVECU」という)70と、を備える。
エンジン22は、ガソリンや軽油などを燃料として動力を出力する内燃機関として構成されている。このエンジン22は、エンジン用電子制御ユニット(以下、「エンジンECU」という)24によって運転制御されている。
エンジンECU24は、図示しないが、CPU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、CPUの他に、処理プログラムを記憶するROM,データを一時的に記憶するRAM,入出力ポート,通信ポートを備える。エンジンECU24には、エンジン22を運転制御するのに必要な各種センサからの信号、例えば、エンジン22のクランクシャフト26の回転位置を検出するクランクポジションセンサ23aからのクランク角θcrやエンジン22の冷却水温Twを検出する温度センサ23bからの冷却水温Twなどが入力ポートから入力されている。エンジンECU24からは、エンジン22を運転制御するための各種制御信号が出力ポートを介して出力されている。エンジンECU24は、HVECU70と通信ポートを介して接続されている。エンジンECU24は、クランクポジションセンサ23からのクランク角θcrに基づいてエンジン22の回転数Neを演算している。
プラネタリギヤ30は、シングルピニオン式の遊星歯車機構として構成されている。プラネタリギヤ30のサンギヤには、モータMG1の回転子が接続されている。プラネタリギヤ30のリングギヤには、駆動輪39a,39bにデファレンシャルギヤ38を介して連結された駆動軸36が接続されている。プラネタリギヤ30のキャリヤには、ダンパ28を介してエンジン22のクランクシャフト26が接続されている。
モータMG1は、例えば同期発電電動機として構成されており、上述したように、回転子がプラネタリギヤ30のサンギヤに接続されている。モータMG2は、例えば同期発電電動機として構成されており、回転子が駆動軸36に接続されている。インバータ41,42は、モータMG1,MG2と接続されると共に電力ライン54を介してバッテリ50と接続されている。モータMG1,MG2は、モータ用電子制御ユニット(以下、「モータECU」という)40によって、インバータ41,42の図示しない複数のスイッチング素子がスイッチング制御されることにより、回転駆動される。
モータECU40は、図示しないが、CPU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、CPUの他に、処理プログラムを記憶するROM,データを一時的に記憶するRAM,入出力ポート,通信ポートを備える。モータECU40には、モータMG1,MG2を駆動制御するのに必要な各種センサからの信号、例えば、モータMG1,MG2の回転子の回転位置を検出する回転位置検出センサ43,44からの回転位置θm1,θm2などが入力ポートを介して入力されている。モータECU40からは、インバータ41,42の図示しない複数のスイッチング素子へのスイッチング制御信号などが出力ポートを介して出力されている。モータECU40は、HVECU70と通信ポートを介して接続されている。モータECU40は、回転位置検出センサ43,44からのモータMG1,MG2の回転子の回転位置θm1,θm2に基づいてモータMG1,MG2の回転数Nm1,Nm2や回転角速度ωm1,ωm2、回転角加速度d(ωm1)/dt,d(ωm2)/dtを演算している。
バッテリ50は、例えばリチウムイオン二次電池やニッケル水素二次電池として構成されており、電力ライン54を介してインバータ41,42と接続されている。このバッテリ50は、バッテリ用電子制御ユニット(以下、「バッテリECU」という)52によって管理されている。
バッテリECU52は、図示しないが、CPU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、CPUの他に、処理プログラムを記憶するROM,データを一時的に記憶するRAM,入出力ポート,通信ポートを備える。バッテリECU52には、バッテリ50を管理するのに必要な各種センサからの信号が入力ポートを介して入力されている。バッテリECU52に入力される信号としては、例えば、バッテリ50の端子間に設置された電圧センサ51aからのバッテリ50の電圧Vbやバッテリ50の出力端子に取り付けられた電流センサ51bからのバッテリ50の電流Ib,バッテリ50に取り付けられた温度センサ51cからのバッテリ50の温度Tbを挙げることができる。バッテリECU52は、HVECU70と通信ポートを介して接続されている。バッテリECU52は、電流センサ51bからのバッテリ50の電流Ibの積算値に基づいて蓄電割合SOCを演算したり、演算した蓄電割合SOCと電池温度Tbとに基づいてバッテリ50の入出力制限Win,Woutを演算したりしている。蓄電割合SOCは、バッテリ50の全容量に対するバッテリ50から放電可能な電力の容量の割合である。また、バッテリ50の入出力制限Win,Woutは、バッテリ50の充放電が許容される最大充放電電力である。
HVECU70は、図示しないが、CPU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、CPUの他に、処理プログラムを記憶するROM,データを一時的に記憶するRAM,入出力ポート,通信ポートを備える。HVECU70には、各種センサからの信号が入力ポートを介して入力されている。HVECU70に入力される信号としては、例えば、イグニッションスイッチ80からのイグニッション信号や、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を挙げることができる。また、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や、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88からの車速Vも挙げることができる。HVECU70は、上述したように、エンジンECU24,モータECU40,バッテリECU52と通信ポートを介して接続されている。
こうして構成された実施例のハイブリッド自動車20では、ハイブリッド走行(HV走行)モードや電動走行(EV走行)モードで走行する。ここで、HV走行モードは、エンジン22の運転を伴って走行するモードであり、EV走行モードは、エンジン22の運転を伴わずに走行するモードである。
HVECU70は、アクセルペダルポジションセンサ84によりアクセルオンが検出されているときには、以下のように制御する。即ち、まず、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と車速センサ88からの車速Vとに基づいて、走行に要求される(駆動軸36に出力すべき)要求トルクTd*を設定する。続いて、設定した要求トルクTd*に駆動軸36の回転数Nrを乗じて、走行に要求される走行用パワーPdrv*を計算する。ここで、駆動軸36の回転数Nrとしては、モータMG2の回転数Nm2や車速Vに換算係数を乗じて得られる回転数を用いることができる。そして、計算した走行用パワーPdrv*にバッテリ50の充放電要求パワーPb*(バッテリ50に充電するときが正の値)を加えて、車両に要求されるエンジン要求パワーPe*を設定する。ここで、充放電要求パワーPb*は、バッテリ50の蓄電割合SOCと目標割合SOC*との差分ΔSOCに基づいて、差分ΔSOCの絶対値が小さくなるように設定する。次に、現在の走行モードがHV走行モードであるか或いはEV走行モードであるかを判定し、EV走行モードであると判定すると、エンジン要求パワーPe*が始動用パワーPstartよりも大きいか否かを判定する。ここで、始動用パワーPstartは、エンジン22を始動するか否かを判定するための閾値であり、バッテリ50の出力制限Woutよりも低い値に定められている。エンジン要求パワーPe*が始動用パワーPstart以下であると判定すると、EV走行モードを継続すると判断し、モータMG1のトルク指令Tm1*に値0を設定すると共に、バッテリ50の入出力制限Win,Woutの範囲内で要求トルクTd*(走行用パワーPdrv*)が駆動軸36に出力されるようにモータMG2のトルク指令Tm2*を設定する。そして、トルク指令Tm1*,Tm2*をモータECU40に送信する。モータECU40は、モータMG1,MG2がトルク指令Tm1*,Tm2*で駆動されるように、インバータ41,42の各トランジスタのスイッチング制御を行なう。
一方、エンジン要求パワーPe*が始動用パワーPstartよりも大きいと判定すると、EV走行モードからHV走行モードへ移行するため、モータMG1によりエンジン22をクランキングして始動するエンジン始動処理を実行する。エンジン22が始動されてHV走行モードへ移行すると、エンジン要求パワーPe*がエンジン22から出力されると共にバッテリ50の入出力制限Win,Woutの範囲内で要求トルクTd*が駆動軸36に出力されるように、エンジン22の目標運転ポイント(目標回転数Ne*,目標トルクTe*)や、モータMG1,MG2のトルク指令Tm1*,Tm2*を設定する。エンジン22の目標運転ポイント(目標回転数Ne*,目標トルクTe*)は、エンジン22の運転ポイント(回転数,トルク)のうち騒音や振動等を加味して燃費が最適となる最適動作ラインを予め定めておき、要求パワーPe*に対応する最適動作ライン上の運転ポイント(回転数,トルク)を求めて設定する。エンジン22の目標運転ポイント(目標回転数Ne*,目標トルクTe*)については、エンジンECU24に送信する。モータMG1,MG2のトルク指令Tm1*,Tm2*については、モータECU40に送信する。エンジンECU24は、目標運転ポイントに基づいてエンジン22が運転されるように、エンジン22の吸入空気量制御や燃料噴射制御,点火制御などを行なう。モータECU40は、上述したように、インバータ41,42を制御する。
実施例のハイブリッド自動車20では、EV走行モードで走行比較的高車速で走行している最中に運転者がアクセルペダル83を大きく踏み込んだときなどのように走行用パワーPdrv*が大きいときにエンジン22を始動するときには、始動直後のエンジン22から迅速に大きな出力を得るために始動時の完爆を判定するための完爆判定用回転数を大きくする完爆判定用回転数アップ制御が行なわれる。エンジン始動時には、エンジン22はその回転数Neが完爆判定用回転数に至るまでモータMG1によりモータリングされるから、完爆判定用回転数アップ制御が実行されると、エンジン22はその回転数Neが通常時より大きな完爆判定用回転数に至るまでモータMG1によりモータリングされる。
次に、こうして構成された実施例のハイブリッド自動車20の動作、特に、システム起動してから最初にエンジン22を始動する際の動作について説明する。図2は、実施例のHVECU70により実行されるエンジン要求パワー上昇制限処理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、数十msec毎)に実行される。ここれ、エンジン要求パワー上昇制限制御は、エンジン22の冷却水温Twが所定温度以下などの後述する所定実行条件が成立したときに、エンジン22の失火を抑制するためにエンジン22の出力の急増を回避するようにエンジン要求パワーPe*の上昇レートに制限を課す制御である。即ち、エンジン要求パワーPe*の上昇をゆっくり行なわせる制御である。
エンジン要求パワー上昇制限処理ルーチンが実行されると、HVECU70は、エンジン要求パワー上昇制限制御を実行するための所定実行条件が成立しているか否かを判定する(ステップS100)。所定実行条件としては、エンジン22の始動時における冷却水温Twが所定温度以下である条件や、エンジン22の始動がシステム起動から最初のエンジン始動である条件、エンジン22を始動してから所定時間内である条件などを挙げることができる。これらの条件は、その一部または全部をアンド条件としてもよいし、その一部または全部をオア条件としてもよい。実施例では、全てをアンド条件とした。
ステップS100で所定実行条件が成立していると判定したときには、エンジン要求パワー上昇制限制御を実行すると共に(ステップS110)、完爆判定用回転数アップ制御を禁止して(ステップS120)、本ルーチンを終了する。一方、ステップS100で所定実行条件が成立していないと判定したときには、エンジン要求パワー上昇制限制御の実行を禁止し(ステップS130)、完爆判定用回転数アップ制御を許可して(ステップS140)、本ルーチンを終了する。
図3は、エンジン22の始動時におけるエンジン22の運転モードやエンジン要求パワー上昇制限制御実行フラグ,エンジン要求パワーPe*,完爆判定用回転数アップ制御実行フラグ,エンジン22の回転数Neの時間変化の一例を示す説明図である。図中、エンジン運転モードにおける「CRK」はクランキングをしみしている。エンジン要求パワー上昇制限制御実行フラグや完爆判定用回転数アップ制御実行フラグは、その制御を実行しているときにON、その制御を実行していないときにOFFとなるフラグである。エンジン要求パワーPe*の欄の一点鎖線はエンジン要求パワー上昇制限制御を実行していないときのエンジン要求パワーを示す。完爆判定用回転数アップ制御実行フラグの欄の破線は、比較例として完爆判定用回転数アップ制御を実行しているときのフラグの状態を示し、エンジン回転数Neの欄の破線は、比較例としての完爆判定用回転数アップ制御を実行しているとき回転数Neを示す。
実施例では、図3に実線で示すように、時間T1でエンジン22の始動が開始されると、モータMG1によるエンジン22のクランキングが行なわれ、エンジン22の回転数Neが上昇する。このとき、エンジン要求パワー上昇制限制御を実行するための所定実行条件が成立しているときには、エンジン要求パワー上昇制限制御実行フラグがONとされる。エンジン22の完爆が判定された時間T2ではエンジン22の運転モードは運転状態となり、エンジン要求パワーPe*が増加される。しかし、エンジン要求パワー上昇制限制御が実行されているため、エンジン要求パワーPe*は、図中一点鎖線で示すエンジン要求パワー上昇制限制御が実行されていないときに比して、ゆっくりと増加する。エンジン22の回転数Neは、完爆を判定される際には若干大きくなるが、さほど変化しない。エンジン22の始動を開始してから所定時間が経過した時間T3では、エンジン要求パワー上昇制限制御の実行が停止されるから、エンジン要求パワーPe*が急上昇し、エンジン22の回転数Neも急上昇する。比較例では、時間T1で完爆判定用回転数アップ制御実行フラグがONとされるため、エンジン22の完爆を判定する回転数が大きくされる。これによりエンジン22が完爆を判定する時間T2では比較例におけるエンジン22の回転数Neは実施例に比して大きくなる。しかし、エンジン要求パワーPe*の上昇が制限されているため、エンジン22の回転数Neはエンジン要求パワーPe*に応じた回転数まで小さくなる。そして、エンジン22の始動を開始してから所定時間が経過した時間T3では、実施例と同様に、エンジン要求パワー上昇制限制御の実行が停止され、エンジン要求パワーPe*が急上昇し、エンジン22の回転数Neも急上昇する。
以上説明した実施例のハイブリッド自動車20では、エンジン22を始動するときにエンジン要求パワー上昇制限制御を実行するためのエンジン22の始動時に所定実行条件が成立しているときには、エンジン要求パワー上昇制限制御を実行すると共に完爆判定用回転数アップ制御を禁止する。これにより、エンジン要求パワー上昇制限制御を実行している最中に完爆判定用回転数アップ制御を実行することによってエンジン22の回転数Neが大きくなったり小さくなったりして運転者等に違和感を与えるのを抑制することができる。
実施例のハイブリッド自動車20では、蓄電装置として、バッテリ50を用いるものとしたが、バッテリ50に代えて、キャパシタを用い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、駆動輪39a,39bに連結された駆動軸36にプラネタリギヤ30を介してエンジン22およびモータMG1を接続すると共に駆動軸36にモータMG2を接続する構成とした。しかし、駆動輪39a,39bに連結された駆動軸36に変速機を介してモータを接続すると共にモータにクラッチを介してエンジンを接続する構成としてもよい。
実施例の主要な要素と課題を解決するための手段の欄に記載した発明の主要な要素との対応関係について説明する。実施例では、エンジン22が「エンジン」に相当し、モータMG1が「モータ」に相当し、バッテリ50が「蓄電装置」に相当し、HVECU70とエンジンECU24とモータECU40とが「制御装置」に相当する。
なお、実施例の主要な要素と課題を解決するための手段の欄に記載した発明の主要な要素との対応関係は、実施例が課題を解決するための手段の欄に記載した発明を実施するための形態を具体的に説明するための一例であることから、課題を解決するための手段の欄に記載した発明の要素を限定するものではない。即ち、課題を解決するための手段の欄に記載した発明についての解釈はその欄の記載に基づいて行なわれるべきものであり、実施例は課題を解決するための手段の欄に記載した発明の具体的な一例に過ぎないものである。
以上、本発明を実施するため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、ハイブリッド自動車の製造産業などに利用可能である。
20 ハイブリッド自動車、22 エンジン、23a クランクポジションセンサ、23b 温度センサ、24 エンジン用電子制御ユニット(エンジンECU)、26 クランクシャフト、28 ダンパ、30 プラネタリギヤ、36 駆動軸、38 デファレンシャルギヤ、39a,39b 駆動輪、40 モータ用電子制御ユニット(モータECU)、41,42 インバータ、43,44 回転位置検出センサ、46 コンデンサ、50 バッテリ、51a 電圧センサ、51b 電流センサ、51c 温度センサ、52 バッテリ用電子制御ユニット(バッテリECU)、54 電力ライン、70 ハイブリッド用電子制御ユニット(HVECU)、80 イグニッションスイッチ、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、88 車速センサ、MG1,MG2 モータ。

Claims (1)

  1. エンジンと、
    走行用の動力を出力するモータと、
    前記モータと電力のやりとりを行なう蓄電装置と、
    前記エンジンを始動するときに前記エンジンに要求されるエンジン要求パワーを制限するための所定の実行条件が成立しているときには前記エンジン要求パワーの上昇の程度を制限するエンジン要求パワー上昇制限制御を実行し、前記エンジンを始動するときに走行に要求される走行用パワーが所定パワー以上のときには前記エンジンの始動時における完爆を判定するための判定用回転数を大きくする完爆判定用回転数アップ制御を実行する制御装置と、
    を備えるハイブリッド自動車であって、
    前記制御装置は、前記所定の実行条件が成立しているときには前記完爆判定用回転数アップ制御の実行を禁止し、前記所定の実行条件が成立していないときには前記完爆判定用回転数アップ制御の実行を許可する、
    ことを特徴とするハイブリッド自動車。
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