JP7433698B2 - モータ制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、車両に用いられるモータ制御装置に関する。

従来、ハイブリッドシステムを駆動系に採用した車両、いわゆるハイブリッド車（ＨＶ：Hybrid Vehicle）が知られている。

ハイブリッドシステムの一例では、エンジンの動力が発電用のモータ（ＭＧ１）で電力に変換され、その電力が駆動用のモータ（ＭＧ２）の駆動に使用されて、駆動用のモータの動力が駆動輪に伝達される。また、車両の減速時には、駆動用のモータが回生運転されることにより、駆動輪から駆動用のモータに伝達される動力が電力に変換される。このとき、駆動用のモータが走行駆動系の抵抗となり、その抵抗が車両を制動する制動力（回生制動力）として作用する。駆動用のモータが発生する電力は、電池に蓄えられて、駆動用のモータの駆動に利用される。これにより、車両の走行燃費が向上する。

ところが、電池の充電容量に対する充電残量の比率であるＳＯＣ（State Of Charge）が上限に達すると、電池が電力を受け入れることができなくなる。これを回避するため、電池のＳＯＣが一定値に到達すると、駆動用のモータの回生運転により発生する電力で発電用のモータを駆動して、エンジンをモータリングすることが提案されている。

特開２０１２－６５２５号公報 特開２０１１－１１７１４号公報 特開２０１０－１４３３１０号公報

しかしながら、エンジンのモータリングにより発電用のモータで消費される電力量よりも駆動用のモータによる発電量の方が大きい場合、モータリングが実施されても、電池のＳＯＣが上限に到達する。この場合、駆動用のモータの回生運転を制限せざるを得ず、その制限により回生制動力が低下して減速度が低くなるので、車両のドライバ（運転者）に違和感を与えてしまう。

本発明の目的は、電池の充電状態を表す値が上限に到達することを抑制できる、モータ制御装置を提供することである。

前記の目的を達成するため、本発明に係るモータ制御装置は、エンジンの動力を電力に変換可能かつエンジンをモータリング可能なモータと、モータが発生する電力により充電される電池とを搭載した車両に用いられるモータ制御装置であって、電池の充電状態を表す値がその上限値と下限値との間の範囲内で設定されるモータリング開始値を超えている場合に、モータによるエンジンのモータリングを実行するモータリング実行手段と、電池の充電状態を表す値を上昇させるファクタを検出し、当該ファクタに応じてモータリング開始値を可変に設定するモータリング開始値設定手段とを含む。

この構成によれば、電池の充電状態を表す値を上昇させるファクタが検出され、その検出されたファクタに応じて、モータリング開始値が可変に設定される。そして、電池の充電状態を表す値がモータリング開始値を超えている場合には、モータによるエンジンのモータリングが実行される。

ファクタから電池の充電状態を表す値の大きな上昇が見込まれる場合には、モータリング開始値が低く設定されることにより、モータによるエンジンのモータリングが実行されやすくなる。その結果、モータリングによる電力の消費量が増加するので、電池の充電状態を表す値が上限に到達することを抑制できる。

モータは、発電用モータであり、車両は、力行運転により発電用モータが発生する電力または電池の電力を車両の走行のための動力に変換し、回生運転により車両の動力を電力に変換する駆動用モータをさらに搭載していてもよい。この場合、モータリング実行手段は、駆動用モータの運転状況にかかわらず、電池の充電状態を表す値がモータリング開始値を超えている場合に、発電用モータによるエンジンのモータリングを実行することが好ましい。

この構成によれば、駆動用モータが回生運転されている状態であっても力行運転されている状態であっても、電池の充電状態を表す値がモータリング開始値を超えている場合には、発電用モータによるエンジンのモータリングが実行される。駆動用モータが力行運転されている状態において、その後の駆動用モータの回生運転による電池の充電残量の増大（充電状態を表す値の上昇）が見込まれる場合に、モータリングが実行されることにより、その充電残量の増大に備えておくことができ、充電残量の増大により電池の充電状態を表す値が上限に到達することを良好に抑制できる。

ファクタは、車両の所在値の高度、車両の走行路面の勾配、または、駆動用モータの回生運転により発生する回生電力のいずれかであってもよいし、それらの組合せであってもよい。

たとえば、駆動用のモータを搭載する車両が高地から平地に降りる場合、車両の所在地の高度が大きいほど、駆動用のモータの回生運転による発電量が多くなる。また、車両が下り勾配の路面を連続走行する場合、その下り勾配が大きいほど、駆動用のモータの回生運転による発電量が多くなる。

そこで、車両の所在地の高度が大きいほど、モータリング開始値が小さい値に設定される。また、車両の走行路面の下り勾配が大きいほど、モータリング開始値が小さい値に設定される。これにより、モータリングの実行の機会が増え、モータリングにより強制的に電力が消費されることにより、車両の所在地の高度が大きいほど、また、車両の走行路面の勾配が大きいほど、電池の充電残量を少なくすることができる。その結果、電池の充電状態を表す値が上限に到達することを抑制できる。

本発明によれば、電池の充電状態を表す値が上限に到達することを抑制できるので、車両の制動時に、駆動用のモータの回生運転の制限により回生制動力が低下することを抑制でき、車両のドライバにその回生制動力の低下による違和感を与えることを可及的に防止できる。

本発明の一実施形態に係るハイブリッドシステムが採用された車両の構成を示すブロック図である。 モータリング制御処理の流れを示すフローチャートである。 強制消費開始ＳＯＣマップを示す図である。 強制消費エンジン回転数マップを示す図である。 回生／消費電力、ＳＯＣおよびモータリング回転数の時間変化の一例を示す図である。 アクセル戻し量および車速と回生電力との関係を示す図である。

以下では、本発明の実施の形態について、添付図面を参照しつつ詳細に説明する。

＜ハイブリッドシステムの構成＞
図１は、本発明の一実施形態に係るハイブリッドシステムが採用された車両１の構成を示すブロック図である。

車両１は、シリーズ方式のハイブリッドシステムを採用しており、エンジン（Ｅ／Ｇ）１１、発電用モータ（ＭＧ１）１２および駆動用モータ（ＭＧ２）１３を搭載している。なお、ハイブリッドシステムの方式は、シリーズ方式に限らず、シリーズ・パラレル方式であってもよい。

エンジン１１は、たとえば、ガソリンエンジンであり、エンジン１１の燃焼室への吸気量を調整するための電子スロットルバルブ、燃料を吸入空気に噴射するインジェクタ（燃料噴射装置）および燃焼室内に電気放電を生じさせる点火プラグなどを備えている。

発電用モータ１２は、たとえば、永久磁石同期モータからなる。発電用モータ１２の回転軸は、エンジン１１のクランクシャフトと機械的に連結されている。発電用モータ１２は、エンジン１１の停止時に、エンジン１１をクランキングさせるスタータモータとして使用される。エンジン１１の始動後、発電用モータ１２は、エンジン１１の動力を電力に変換する発電機として機能することができる。

駆動用モータ１３は、たとえば、発電用モータ１２よりも大型の永久磁石同期モータからなる。駆動用モータ１３の回転軸は、動力伝達機構に連結されている。動力伝達機構には、デファレンシャルギヤが含まれており、駆動用モータ１３の動力は、デファレンシャルギヤに伝達され、デファレンシャルギヤから左右の前輪または後輪からなる駆動輪１４に分配されて伝達される。

車両１には、発電用モータ１２および駆動用モータ１３をそれぞれ駆動するためのインバータやマイコン（マイクロコントローラユニット）などを内蔵するＰＣＵ（Power Control Unit：パワーコントロールユニット）１５と、複数の二次電池を組み合わせた組電池からなる駆動用電池（ＢＡＴ）１６とが搭載されている。

ＰＣＵ１５は、駆動用電池１６に接続されている。発電用モータ１２で発生する交流電力は、ＰＣＵ１５で直流電力に変換されて、駆動用モータ１３に駆動電力として供給される。また、余剰な電力は、駆動用電池１６に蓄えられる。駆動用電池１６に蓄えられた電力は、ＰＣＵ１５で直流電力から交流電力に変換されて、発電用モータ１２および駆動用モータ１３に駆動電力として供給可能である。

車両１にはさらに、マイコンを含む構成のＥＣＵ（Electronic Control Unit：電子制御ユニット）が備えられている。図１には、ＰＣＵ１５を制御するための１つのＥＣＵ１７のみが示されているが、車両１には、各部を制御するため、複数のＥＣＵが搭載されている。ＥＣＵ１７を含む複数のＥＣＵは、ＣＡＮ（Controller Area Network）通信プロトコルによる双方向通信が可能に接続されている。

ＥＣＵ１７には、ＥＣＵ１７による制御に必要な各種のセンサが接続されている。各種のセンサには、車速センサ２１、Ｇセンサ２２および気圧センサ２３が含まれる。

車速センサ２１は、たとえば、車両１の走行に伴って回転する磁性体からなるロータと、ロータと非接触に設けられた電磁ピックアップとを備え、ロータが一定角度回転する度に電磁ピックアップから出力されるパルス信号を出力する。このパルス信号の周波数は、車両１の実車速に対応している。ＥＣＵ１７では、車速センサ２１から入力されるパルス信号の周波数が求められて、その周波数が車速に換算される。

Ｇセンサ２２は、錘の変位に応じた信号を車両１の加速度に応じた検出信号として出力する。ＥＣＵ１７では、Ｇセンサ２２の検出信号から車両１の加速度を求めることができる。Ｇセンサ２２の検出信号から求まる加速度には、車速の変化による加速度成分と、車両１が走行している路面の勾配による加速度成分とが含まれる。一方、車速センサ２１の検出信号から求まる車速を微分して得られる加速度は、車速の変化による加速度成分のみである。したがって、Ｇセンサ２２の検出信号から求まる加速度と車速の微分値との差を求めることにより、路面勾配による加速度成分が得られるので、その加速度成分に基づいて、ＥＣＵ１７では、路面勾配を推定することができる。

気圧センサ２３は、大気圧に応じた検出信号を出力する。高度（標高）が高くなるにつれて、大気圧が低下する。したがって、ＥＣＵ１７では、気圧センサ２３の検出信号から車両１の所在地の高度を推定することができる。なお、車両１にナビゲーション装置が搭載されている場合など、車両１の所在地の位置情報を取得可能な場合には、その位置情報から車両１の所在地の高度が取得されてもよい。

ＥＣＵ１７は、各種のセンサの検出信号から取得される情報や他のＥＣＵから入力される情報などに基づいて、ＰＣＵ１５を制御し、駆動用電池１６に対する電力の入出力を制御する。

＜モータリング制御処理＞
図２は、モータリング制御処理の流れを示すフローチャートである。図３は、強制消費開始ＳＯＣマップを示す図である。図４は、強制消費エンジン回転数マップを示す図である。

車両１では、その走行中、アクセルペダルが踏み込まれた状態からその踏み込みが緩められる操作、つまりアクセル戻し操作が行われると、ＥＣＵ１７により、駆動用モータ１３の回生運転が制御される。

回生運転の制御モードとして、通常回生モードと強回生モードとが設定されている。通常回生モードと強回生モードとを切り替えるために、たとえば、車室内の運転席に着座した運転者が操作可能な位置には、回生切替スイッチが設けられている。回生切替スイッチが押操作される度に、ＥＣＵ１７により、回生運転の制御モードが通常回生モードと強回生モードとに切り替えられる。通常回生モードでは、駆動用モータ１３の回生運転による発電が発電用モータ１２によるエンジン１１のモータリングで消費される電力を超えない。一方、強回生モードでは、駆動用モータ１３の回生運転による発電が発電用モータ１２によるエンジン１１のモータリングでの電力の消費を超える場合がある。

車両１の走行中、ＥＣＵ１７により、モータリング制御処理が所定の周期で実行される。

モータリング制御処理では、まず、強制消費開始ＳＯＣが設定される（ステップＳ１）。強制消費開始ＳＯＣは、発電用モータ１２がエンジン１１のモータリングを開始する閾値、つまりモータリングによる駆動用電池１６の電力の強制消費を開始する閾値となるＳＯＣ（State Of Charge）である。ＳＯＣは、駆動用電池１６の充電容量に対する充電残量の比率であり、ＥＣＵ１７によって常に監視されている。

強制消費開始ＳＯＣの設定には、図３に示される強制消費開始ＳＯＣマップが使用される。強制消費開始ＳＯＣマップは、車両１の所在地の高度および走行路面の勾配と強制消費開始ＳＯＣとの関係を定めたマップである。強制消費開始ＳＯＣマップは、車両１の所在地の高度が高いほど強制消費開始ＳＯＣが小さい値に設定されるように、また、車両１の走行路面の下り勾配が大きいほど強制消費開始ＳＯＣが小さい値に設定されるように作成されている。車両１が平地に所在する場合、強制消費開始ＳＯＣが通常の充電制御でのＳＯＣ上限値またはそれに近い値に設定される。強制消費開始ＳＯＣマップは、ＥＣＵ１７のマイコンに内蔵の不揮発性メモリに記憶されている。

強制消費開始ＳＯＣマップに従って強制消費開始ＳＯＣが設定されると、次に、その設定された強制消費開始ＳＯＣと現在の駆動用電池１６のＳＯＣとの差（ＳＯＣ差）が計算される（ステップＳ２）。

また、現在の駆動用電池１６のＳＯＣが強制消費開始ＳＯＣよりも高いか否かが判断される（ステップＳ３）。現在のＳＯＣの方が強制消費開始ＳＯＣよりも高い場合（ステップＳ３のＹＥＳ）、現在の車速とＳＯＣ差とに応じた強制消費エンジン回転数が設定される（ステップＳ４）。強制消費エンジン回転数は、発電用モータ１２によるエンジン１１のモータリング時のエンジン回転数である。

強制消費エンジン回転数の設定には、図４に示される強制消費エンジン回転数マップが使用される。強制消費エンジン回転数マップは、車速およびＳＯＣ差と強制消費エンジン回転数との関係を定めたマップである。強制消費エンジン回転数マップは、車速が大きいほど強制消費エンジン回転数が大きい値に設定されるように、また、ＳＯＣ差が大きいほど強制消費エンジン回転数が大きい値に設定されるように作成されている。なお、強制消費エンジン回転数マップは、車速と強制消費エンジン回転数との関係を定めたマップであってもよい。

そして、その設定された強制消費エンジン回転数でエンジン１１が回転するように、駆動用電池１６から発電用モータ１２への駆動電力の供給が制御されて、発電用モータ１２によるエンジン１１のモータリングが実行される（ステップＳ５）。

一方、現在のＳＯＣが強制消費開始ＳＯＣ以下である場合（ステップＳ３のＮＯ）、発電用モータ１２によるエンジン１１のモータリングは実行されず、エンジン１１が停止したままにされる（ステップＳ６）。

図５は、回生／消費電力、ＳＯＣおよびモータリング回転数の時間変化の一例を示す図である。

たとえば、駆動用電池１６のＳＯＣが強制消費開始ＳＯＣを下回る期間は、発電用モータ１２によるエンジン１１のモータリングが実行されない。駆動用モータ１３の回生運転による発電により、駆動用電池１６のＳＯＣが強制消費開始ＳＯＣを超えると（時刻Ｔ１）、発電用モータ１２によるエンジン１１のモータリングが開始される。これにより、駆動用モータ１３の回生運転が継続されても、モータリングが実行されない制御（この場合のＳＯＣの変化が二点鎖線で示されている。）と比較して、駆動用電池１６のＳＯＣの増加が抑制される。

その後、駆動用モータ１３が回生運転から力行運転に変わっても（時刻Ｔ２）、駆動用電池１６のＳＯＣが強制消費開始ＳＯＣを上回っている間は、発電用モータ１２によるエンジン１１のモータリングが継続され、駆動用電池１６の電力が強制的に消費される。

モータリングの継続により、駆動用電池１６のＳＯＣが強制消費開始ＳＯＣ以下に低下するのに対し、モータリングが実行されない制御では、駆動用モータ１３の回生運転により駆動用電池１６のＳＯＣが上限ガードに近づく。そのため、発電用モータ１２によるエンジン１１のモータリングが実行される制御では、モータリングによる消費電力を上回る電力を発電する強回生運転の実施が可能であるのに対し（時刻Ｔ４－Ｔ５、時刻Ｔ６－Ｔ７）、モータリングが実行されない制御では、強回生運転の実施が制限される。

＜作用効果＞

以上のように、車両１の所在地の高度および車両１が所在する路面の勾配など、駆動用電池１６の充電残量の上昇が見込まれるファクタが検出されて、その検出されたファクタに応じた強制消費開始ＳＯＣ（モータリング開始値の一例）が設定され、駆動用電池１６の充電状態を表すＳＯＣが強制消費開始ＳＯＣを超えている場合には、駆動用モータ１３が回生運転されているか力行運転されているかにかかわらず、発電用モータ１２によるエンジン１１のモータリングが実行されて、そのモータリングにより電力が強制的に消費される。

車両１が高地から平地に降りる場合、車両１の所在地の高度が大きいほど、駆動用モータ１３の回生運転による発電量が多くなるので、駆動用電池１６の充電残量の上昇、つまりＳＯＣの上昇が見込まれる。また、車両１が下り勾配の路面を連続走行する場合、その下り勾配が大きいほど、駆動用モータ１３の回生運転による発電量が多くなるので、この場合にも駆動用電池１６のＳＯＣの上昇が見込まれる。

そこで、車両１の所在地の高度が大きいほど、強制消費開始ＳＯＣが小さい値に設定される。また、車両１の走行路面の勾配が大きいほど、強制消費開始ＳＯＣが小さい値に設定される。これにより、発電用モータ１２によるエンジン１１のモータリングの機会が増え、そのモータリングにより電力を積極的かつ強制的に消費することができる。駆動用モータ１３の力行運転中に発電用モータ１２によるエンジン１１のモータリングが実行されることにより、駆動用電池１６の充電残量を積極的に減らすことができ、車両１の所在地の高度が大きいほど、また、車両１の走行路面の勾配が大きいほど、駆動用電池１６の充電残量を少なくすることができる。また、駆動用モータ１３の回生運転による発電が行われなくても、高度や勾配の増大により強制消費開始ＳＯＣが小さい値に設定されると、駆動用電池１６のＳＯＣが強制消費開始ＳＯＣを超えやすくなり、発電用モータ１２によるエンジン１１のモータリングが積極的に行われる。その結果、駆動用モータ１３の回生運転による発電量が発電用モータ１２によるエンジン１１のモータリングで消費される電力量を上回るような強回生運転が行われても、駆動用電池１６のＳＯＣが上限に到達することを抑制できる。

また、駆動用電池１６のＳＯＣと強制消費開始ＳＯＣとのＳＯＣ差が大きいほど、発電用モータ１２によるエンジン１１のモータリング時のエンジン回転数の目標である強制消費エンジン回転数が大きい値に設定される。これにより、発電用モータ１２の消費電力が増大するので、駆動用電池１６の電力の消費量が増大し、駆動用電池１６のＳＯＣを速やかに低下させることができる。

さらに、車速が大きいほど、強制消費エンジン回転数が大きい値に設定される。これにより、車速が大きいほど発電用モータ１２によるエンジン１１のモータリング時のエンジン音が大きくなるので、エンジン音のフィーリングの向上を図ることができる。

＜変形例＞
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は、他の形態で実施することもできる。

たとえば、前述の実施形態では、車両１の所在地の高度が大きいほど、強制消費開始ＳＯＣが小さい値に設定され、また、車両１の走行路面の下り勾配が大きいほど、強制消費開始ＳＯＣが小さい値に設定されるとした。これに限らず、車両１の走行路面の勾配にかかわらず、車両１の所在地の高度が大きいほど、強制消費開始ＳＯＣが小さい値に設定されてもよい。また、車両１の所在地の高度にかかわらず、車両１の走行路面の下り勾配が大きいほど、強制消費開始ＳＯＣが小さい値に設定されてもよい。

なお、強制消費開始ＳＯＣの設定に用いられる勾配のパラメータは、勾配そのものの値であってもよいし、減速トルクと車速とから求められる減速抵抗の値など、勾配に対応する値を用いてもよい。

また、駆動用モータ１３の回生運転時には、その回生運転により発生する回生電力に応じて強制消費開始ＳＯＣが設定されてもよい。回生電力は、アクセルペダルが踏み込まれた状態からの戻し量（アクセル戻し量）と車速とによって決まる。すなわち、回生電力は、図６に示されるように、アクセルペダルの戻し量が大きいほど大きくなり、また、車速の低下に伴って増加し、駆動用モータ１３の強回生運転により車両１が停止する直前に最大となる。したがって、駆動用モータ１３の回生運転時の強制消費開始ＳＯＣは、回生電力に応じて設定されてもよいが、アクセル戻し量および／または車速に応じて設定されてもよい。

その他、前述の構成には、特許請求の範囲に記載された事項の範囲で種々の設計変更を施すことが可能である。

１：車両
１１：エンジン
１２：発電用モータ（モータ）
１６：駆動用電池（電池）
１７：ＥＣＵ（モータ制御装置、モータリング実行手段、モータリング開始値設定手段）

Claims (2)

1. エンジンの動力を電力に変換可能かつ前記エンジンをモータリング可能な発電用モータと、前記発電用モータが発生する電力により充電される電池とを搭載した車両であり、力行運転により前記発電用モータが発生する電力または前記電池の電力を前記車両の走行のための動力に変換し、回生運転により前記車両の動力を電力に変換する駆動用モータをさらに搭載した車両に用いられるモータ制御装置であって、
   前記電池の充電状態を表す値がその上限値と下限値との間の範囲内で設定されるモータリング開始値を超えている場合に、前記発電用モータによる前記エンジンのモータリングを実行するモータリング実行手段と、
   前記電池の充電状態を表す値を上昇させるファクタを検出し、当該ファクタに応じて前記モータリング開始値を可変に設定するモータリング開始値設定手段とを含み、
   前記モータリング実行手段は、前記駆動用モータの運転状況にかかわらず、前記電池の充電状態を表す値が前記モータリング開始値を超えている場合に、前記発電用モータによる前記エンジンのモータリングを実行する、モータ制御装置。
2. 前記ファクタは、前記車両の所在値の高度、前記車両の走行路面の勾配、または、前記駆動用モータの回生運転により発生する回生電力の少なくとも１つである、請求項１に記載のモータ制御装置。

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