JP2015071367A

JP2015071367A - ハイブリッド自動車

Info

Publication number: JP2015071367A
Application number: JP2013208230A
Authority: JP
Inventors: 英輝鎌谷; Hideki Kamatani
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2013-10-03
Filing date: 2013-10-03
Publication date: 2015-04-16

Abstract

【課題】エンジンが始動後に短時間で停止されるのを抑制する。
【解決手段】エンジンの運転を伴って走行している最中に要求パワーが停止用閾値Ｐｓｔｏｐ未満に至ったときにエンジンを運転停止するものにおいて、エンジンの始動からのバッテリの充電電力の積算値としての始動後充電電力量Ｅｃｈが小さいほど小さくなる傾向に停止用閾値Ｐｓｔｏｐを設定する（Ｓ１６０〜Ｓ２００）。これにより、エンジン２２が始動から短時間で停止されるのを抑制することができる。この結果、燃費の悪化を抑制することができる。
【選択図】図２

Description

本発明は、ハイブリッド自動車に関し、詳しくは、走行用のエンジンと、走行用のモータと、モータと電力をやりとりするバッテリと、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、走行用のエンジンと、走行用のモータと、モータと電力をやりとりするバッテリとを備え、エンジンを間欠運転しながら走行するものにおいて、エンジンの停止判定用の停止用閾値を、バッテリの残容量が高いほど高くなる傾向に設定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、このように停止用閾値設定することにより、バッテリの残容量が高いときにはエンジンを運転停止して走行しやすくなり、バッテリの残容量が低いときには、エンジンを運転しながら走行しやすくなる。この結果、バッテリの残容量が高いときには、エンジンによる燃料消費を抑制することができ、バッテリの残容量が低いときには、バッテリの充電を行ないやすくすることができる。

特開２００９−１３７４０１号公報

上述のハイブリッド自動車では、バッテリの残容量がある程度高いときには、停止用閾値が大きいことから、エンジンが始動してから短時間で停止されやすくなってしまう。エンジンの始動にはエネルギを要することから、エンジンが始動後に短時間で停止されると、燃費の悪化につながりやすい。

本発明のハイブリッド自動車は、エンジンが始動後に短時間で停止され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、
走行用のエンジンと、走行用のモータと、前記モータと電力をやりとりするバッテリと、前記エンジンを間欠運転しながら走行するよう前記エンジンと前記モータとを制御する制御手段と、を備えるハイブリッド自動車であって、
前記制御手段は、前記バッテリの強制充電要求および強制放電要求が共になされていないときには、前記エンジンの始動からの前記バッテリの充電電力量が大きいほど大きくなる傾向に、前記エンジンの停止判定に用いる停止用閾値を設定する手段である、
ことを要旨とする。

この本発明のハイブリッド自動車では、バッテリの強制充電要求および強制放電要求が共になされていないときには、エンジンの始動からのバッテリの充電電力量が大きいほど大きくなる（小さいほど小さくなる）傾向に、エンジンの停止判定に用いる停止用閾値を設定する。したがって、エンジンの始動直後や始動からの放電電力量が大きいときには、停止用閾値が比較的小さくなるから、エンジンが停止されるのを抑制することができる。この結果、エンジンが始動後に短時間で停止されるのを抑制することができ、燃費の悪化を抑制することができる。

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により実行される停止用閾値設定ルーチンの一例を示すフローチャートである。補正量設定用マップの一例を示す説明図である。要求パワーＰｅ＊や始動用閾値Ｐｓｔａｒｔ，停止用閾値Ｐｓｔｏｐ，エンジン２２の回転数Ｎｅの時間変化の様子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、ガソリンや軽油などを燃料として動力を出力するエンジン２２と、エンジン２２を駆動制御するエンジン用電子制御ユニット（以下、エンジンＥＣＵという）２４と、エンジン２２のクランクシャフト２６にキャリアが接続されると共に駆動輪３８ａ，３８ｂにデファレンシャルギヤ３７を介して連結された駆動軸３６にリングギヤが接続されたプラネタリギヤ３０と、例えば同期発電電動機として構成されて回転子がプラネタリギヤ３０のサンギヤに接続されたモータＭＧ１と、例えば同期発電電動機として構成されて回転子が駆動軸３６に接続されたモータＭＧ２と、モータＭＧ１，ＭＧ２を駆動するためのインバータ４１，４２と、インバータ４１，４２の図示しないスイッチング素子をスイッチング制御することによってモータＭＧ１，ＭＧ２を駆動制御するモータ用電子制御ユニット（以下、モータＥＣＵという）４０と、例えばリチウムイオン二次電池として構成されてインバータ４１，４２を介してモータＭＧ１，ＭＧ２と電力をやりとりするバッテリ５０と、バッテリ５０を管理するバッテリ用電子制御ユニット（以下、バッテリＥＣＵという）５２と、車両全体を制御する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や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が入力されており、エンジンＥＣＵ２４からは、エンジン２２を運転制御するための種々の制御信号が出力されている。エンジンＥＣＵ２４は、エンジン２２のクランクシャフト２６に取り付けられた図示しないクランクポジションセンサからの信号に基づいてエンジン２２の回転数Ｎｅを演算している。

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や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が入力されており、モータＥＣＵ４０からは、インバータ４１，４２の図示しない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されている。モータＥＣＵ４０は、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を演算している。

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や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されている。バッテリＥＣＵ５２は、バッテリ５０を管理するために、図示しない電流センサにより検出されたバッテリ５０の充放電電流Ｉｂの積算値に基づいてそのときのバッテリ５０から放電可能な電力の容量の全容量に対する割合である蓄電割合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を充放電してもよい許容入出力電力である入出力制限Ｗｉｎ，Ｗｏｕｔを演算したりしている。

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や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、イグニッションスイッチ８０からのイグニッション信号，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，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，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などが入力されている。ＨＶＥＣＵ７０は、エンジンＥＣＵ２４やモータＥＣＵ４０，バッテリＥＣＵ５２と通信可能に接続されており、エンジンＥＣＵ２４やモータＥＣＵ４０，バッテリＥＣＵ５２と各種制御信号やデータのやりとりを行なっている。

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、エンジン２２の運転を伴って走行するハイブリッド走行モード（ＨＶ走行モード）や、エンジン２２の運転を停止して走行する電動走行モード（ＥＶ走行モード）で走行する。

ＨＶ走行モードでの走行時には、ＨＶＥＣＵ７０は、アクセル開度Ａｃｃと車速Ｖとに基づいて走行に要求される要求トルクＴｒ＊を設定し、設定した要求トルクＴｒ＊に駆動軸３６の回転数Ｎｒ（例えば、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）を乗じて走行に要求される走行用パワーＰｄｒｖ＊を計算し、計算した走行用パワーＰｄｒｖ＊からバッテリ５０の蓄電割合ＳＯＣに基づくバッテリ５０の充放電要求パワーＰｂ＊（バッテリ５０から放電するときが正の値）を減じて車両に要求される要求パワーＰｅ＊を設定する。そして、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Ｔｒ＊が駆動軸３６に出力されるようエンジン２２の目標回転数Ｎｅ＊や目標トルクＴｅ＊，モータＭＧ１，ＭＧ２のトルク指令Ｔｍ１＊，Ｔｍ２＊を設定してエンジンＥＣＵ２４やモータＥＣＵ４０に送信する。目標回転数Ｎｅ＊と目標トルクＴｅ＊とを受信したエンジンＥＣＵ２４は、目標回転数Ｎｅ＊と目標トルクＴｅ＊とによってエンジン２２が運転されるようエンジン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い、トルク指令Ｔｍ１＊，Ｔｍ２＊や電圧指令ＶＨ＊を受信したモータＥＣＵ４０は、モータＭＧ１，ＭＧ２がトルク指令Ｔｍ１＊，Ｔｍ２＊で駆動されるようインバータ４１，４２のスイッチング素子のスイッチング制御を行なう。このＨＶ走行モードでの走行時には、要求パワーＰｅ＊が停止用閾値Ｐｓｔｏｐ未満に至ったときなどエンジン２２の停止条件が成立したときに、エンジン２２の運転を停止してＥＶ走行モードでの走行に移行する。

ＥＶ走行モードでの走行時には、ＨＶＥＣＵ７０は、アクセル開度Ａｃｃと車速Ｖとに基づいて要求トルクＴｒ＊を設定し、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Ｔｒ＊が駆動軸３６に出力されるようモータＭＧ２のトルク指令Ｔｍ２＊を設定してモータＥＣＵ４０に送信する。そして、トルク指令Ｔｍ１＊，Ｔｍ２＊を受信したモータＥＣＵ４０は、モータＭＧ１，ＭＧ２がトルク指令Ｔｍ１＊，Ｔｍ２＊で駆動されるようインバータ４１，４２のスイッチング素子のスイッチング制御を行なう。このＥＶ走行モードでの走行時には、ＨＶ走行モードでの走行時と同様に計算した要求パワーＰｅ＊が始動用閾値Ｐｓｔａｒｔ以上に至ったときなどエンジン２２の始動条件が成立したときに、エンジン２２を始動してＨＶ走行モードでの走行に移行する。

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、停止用閾値Ｐｓｔｏｐを設定する処理について説明する。図２は、実施例のＨＶＥＣＵ７０により実行される停止用閾値設定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ｍｓｅｃ毎）に繰り返し実行される。

停止用閾値設定ルーチンが実行されると、ＨＶＥＣＵ７０は、まず、バッテリ５０の蓄電割合ＳＯＣや、車速センサ８８からの車速Ｖを入力する（ステップＳ１００）。ここで、バッテリ５０の蓄電割合ＳＯＣは、図示しない電流センサにより検出されたバッテリ５０の充放電電流Ｉｂの積算値に基づいて演算された値をバッテリＥＣＵ５２から通信により入力するものとした。

こうしてデータを入力すると、バッテリ５０の強制放電要求がなされているか否か（ステップＳ１１０）、バッテリ５０の強制充電要求がなされているか否か（ステップＳ１２０）、エンジン２２の間欠禁止（運転継続）要求がなされているか否か（ステップＳ１３０）、を判定する。ここで、バッテリ５０の強制放電要求は、バッテリ５０の蓄電割合ＳＯＣが強制放電を必要とする蓄電割合範囲の下限としての所定割合Ｓｈｉ（例えば、７０％や７５％など）以上のときに行なわれるものとした。また、バッテリ５０の強制充電要求は、バッテリ５０の蓄電割合ＳＯＣが強制充電を必要とする蓄電割合範囲の上限としての所定割合Ｓｌｏ（例えば、３５％や４０％など）以下のときに行なわれるものとした。さらに、エンジン２２の間欠禁止要求は、エンジン２２の暖機時や車室内の暖房要求時などに行なわれるものとした。

バッテリ５０の強制放電要求がなされているときには、始動用閾値Ｐｓｔａｒｔ（例えば、１２ｋＷや１３ｋＷなど）より小さい範囲内で比較的大きな所定値Ｐ１（例えば、７ｋＷや８ｋＷなど）を停止用閾値Ｐｓｔｏｐに設定して（ステップＳ１４０）、本ルーチンを終了する。これは、ＥＶ走行モードでの走行を行ない易くする（蓄電割合ＳＯＣを低下しやすくする）ためである。

バッテリ５０の強制充電要求がなされているときや、エンジン２２の間欠禁止要求がなされているときには、所定値Ｐ１より十分に小さな所定値Ｐ２（例えば、１ｋＷや２ｋＷなど）を停止用閾値Ｐｓｔｏｐに設定して（ステップＳ１５０）、本ルーチンを終了する。これは、ＨＶ走行モードでの走行を行ない易くする（特に、強制充電要求がなされているときには、蓄電割合ＳＯＣを上昇させやすくする）ためである。

バッテリ５０の強制放電要求や強制充電要求がなされておらず且つエンジン２２の間欠禁止要求もなされていないときには、車速Ｖに基づいて停止用閾値Ｐｓｔｏｐを設定する（ステップＳ１６０）。この場合の停止用閾値Ｐｓｔｏｐは、実施例では、所定値Ｐ１より小さく所定値Ｐ２より大きい範囲内で、車速Ｖが高いほど小さくなる傾向に設定するものとした。これは、ハイブリッド自動車２０では、一般に、低車速のときより高車速のときにエンジン２２の運転停止中（ＥＶ走行モードでの走行中）の損失が大きくなりやすい、との理由に基づく。

続いて、エンジン２２が運転中か否かを判定し（ステップＳ１７０）、エンジン２２が運転中でないときには、そのまま本ルーチンを終了する。

エンジン２２が運転中のときには、エンジン２２の始動からのバッテリ５０の充電電力の積算値としての始動後充電電力量Ｅｃｈ（バッテリ５０に充電するときが正の値）を入力し（ステップＳ１８０）、入力した始動後充電電力量Ｅｃｈに基づいて停止用閾値Ｐｓｔｏｐの補正量ΔＰを設定し（ステップＳ１９０）、ステップＳ１６０で設定した停止用閾値Ｐｓｔｏｐに補正量ΔＰを加えて停止用閾値Ｐｓｔｏｐを再設定して（ステップＳ２００）、本ルーチンを終了する。

ここで、始動後充電電力量Ｅｃｈは、図示しない電流センサにより検出されたバッテリ５０の充放電電流Ｉｂに基づいて演算された値をバッテリＥＣＵ５２から通信により入力するものとした。また、補正量ΔＰは、実施例では、始動後充電電力量Ｅｃｈと補正量ΔＰとの関係を予め定めて補正量設定用マップとして図示しないＲＯＭに記憶しておき、始動後充電電力量Ｅｃｈが与えられるとマップから対応する補正量ΔＰを導出して設定するものとした。補正量設定用マップの一例を図３に示す。補正量ΔＰは、図示するように、始動後充電電力量Ｅｃｈが大きいほど大きくなる（小さいほど小さくなる（負側に大きくなる））傾向に設定するものとした。したがって、停止用閾値Ｐｓｔｏｐは、始動後充電電力量Ｅｃｈが大きいほど大きくなる（始動後充電電力量Ｅｃｈが小さいほど小さくなる）傾向に設定されることになる。これにより、ＨＶモードでの走行中にバッテリ５０の充電電力量Ｅｃｈが小さいときに、エンジン２２が停止されにくくすることができる。この結果、エンジン２２が始動後に短時間で停止されるのを抑制することができ、燃費の悪化を抑制することができる。なお、実施例では、再設定される停止用閾値Ｐｓｔｏｐが所定値Ｐ１より小さく所定値Ｐ２より大きい範囲内となるよう、ステップＳ１６０で設定する停止用閾値ＰｓｔｏｐやステップＳ１９０で設定する補正量ΔＰの範囲を定めるものとした。

図４は、要求パワーＰｅ＊や始動用閾値Ｐｓｔａｒｔ，停止用閾値Ｐｓｔｏｐ，エンジン２２の回転数Ｎｅの時間変化の様子の一例を示す説明図である。なお、実施例では、始動用閾値Ｐｓｔａｒｔについては一定値を用いるものとした。図示するように、時刻ｔｓにエンジン２２を始動すると、始動後充電電力量Ｅｃｈが小さいために、停止用閾値Ｐｓｔｏｐは小さくなる。これにより、エンジン２２が始動から短時間で停止されるのを抑制することができる。

以上説明した実施例のハイブリッド自動車２０によれば、始動後充電電力量Ｅｃｈが小さいほど小さくなる傾向に停止用閾値Ｐｓｔｏｐを設定するから、エンジン２２が始動から短時間で停止されるのを抑制することができる。この結果、燃費の悪化を抑制することができる。

実施例では、プラネタリギヤ３０のキャリアとサンギヤとリングギヤとにエンジン２２とモータＭＧ１と駆動軸３６とを接続すると共に駆動軸３６にモータＭＧ２を接続するハイブリッド自動車２０の構成としたが、走行用のエンジンと、走行用のモータと、モータと電力をやりとりするバッテリと、を備える構成であればよいから、１モータハイブリッド自動車等の構成としてもよい。

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ＭＧ２が「モータ」に相当し、バッテリ５０が「バッテリ」に相当し、図２の停止用閾値設定ルーチンを実行するＨＶＥＣＵ７０とエンジン２２を制御するエンジンＥＣＵ２４とモータＭＧ２を制御するモータＥＣＵ４０とが「制御手段」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、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、３０プラネタリギヤ、３６駆動軸、３７デファレンシャルギヤ、３８ａ，３８ｂ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、５０バッテリ、５２バッテリ用電子制御ユニット（バッテリＥＣＵ）、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

走行用のエンジンと、走行用のモータと、前記モータと電力をやりとりするバッテリと、前記エンジンを間欠運転しながら走行するよう前記エンジンと前記モータとを制御する制御手段と、を備えるハイブリッド自動車であって、
前記制御手段は、前記バッテリの強制充電要求および強制放電要求が共になされていないときには、前記エンジンの始動からの前記バッテリの充電電力量が大きいほど大きくなる傾向に、前記エンジンの停止判定に用いる停止用閾値を設定する手段である、
ことを特徴とするハイブリッド自動車。