JP4040241B2 - 車両の制御装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、複数の駆動力源と、複数の駆動力源のうちの特定の駆動力源を始動させる始動装置とを有し、所定の条件に基づいて、特定の駆動力源を停止・始動させることのできる車両の制御装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、駆動力源としてエンジンおよびモータ・ジェネレータを搭載したハイブリッド車が知られている。このハイブリッド車においては、要求駆動力に対してエンジントルクが不足する場合は、モータ・ジェネレータを電動機として機能させ、要求駆動力に対するエンジントルクの不足分を電動機のトルクにより補う制御をおこなう一方、要求駆動力に対してエンジントルクが余剰となる場合は、モータ・ジェネレータを発電機として機能させ、エンジントルクの余剰分を電気エネルギに変換して回収する制御をおこなうことができる。このような制御をおこなうことにより、要求駆動力の変化に関わりなく、エンジンの運転状態を、その燃費が良好となるように制御することができる。
【０００３】
このように、エンジンおよびモータ・ジェネレータが駆動力源として搭載されたエンジン停止制御装置の一例が、特開平９−２０９７９０号公報に記載されている。この公報に記載されているハイブリッド車においては、エンジンから車輪に至る動力伝達経路に、モータ・ジェネレータ、クラッチ、変速機、差動歯車装置が設けられている。そして、車両の停車状態において、車両の停止から所定時間が経過していること、ブレーキがオン状態であること、モータ・ジェネレータに電力を供給するバッテリの充電量が所定値以上であることの全ての条件が成立した場合、つまり自動停止条件が成立した場合に、エンジンが自動停止される。また、エンジンの自動停止中に、ブレーキが解除されたこと、バッテリの充電量が所定値未満になったことの少なくとも一方が成立した場合、つまり自動始動条件が成立した場合に、エンジンが再始動される。
【０００４】
一方、モータ・ジェネレータは発電機または電動機として機能する回転機であって、そのロータがエンジンのクランクシャフトに連結されている。そして、エンジンの動力によりモータ・ジェネレータを駆動して発電する制御と、車両の惰力走行時に、車輪の動力によりモータ・ジェネレータを駆動して発電する回生制動制御とをおこなうことができる。また、バッテリからの電力供給によりモータ・ジェネレータを電動機として駆動し、そのトルクを車輪に伝達する制御と、モタ・ジェネレータによりエンジンを始動させる制御とをおこなうことができるとされている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記公報に記載されたエンジン停止制御装置においては、エンジンの再始動性が低下している状態でも、自動停止条件が成立した場合はエンジンが自動停止される可能性があり、エンジンの自動停止後に再始動することができず、車両が走行不能になる可能性があった。
【０００６】
この発明は上記の事情を背景としてなされたものであり、駆動力源の停止後に駆動力源を再始動することができなくなる事態を未然に回避することのできる車両の制御装置を提供することを目的としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段およびその作用】
上記の目的を達成するために請求項１の発明は、車輪にトルクを伝達する複数の駆動力源と、この複数の駆動力源のうちの特定の駆動力源を始動させる始動装置とを有し、所定の停止条件が成立した場合は、前記特定の駆動力源を停止させるとともに、所定の再始動条件が成立した場合は、停止している特定の駆動力源を前記始動装置により始動させる制御をおこなう車両の制御装置において、前記複数の駆動力源には、前記特定の駆動力源の他に電動式の駆動力源が含まれており、前記始動装置が、前記特定の駆動力源を始動するために消費される電力および前記電動式の駆動力源を駆動するために消費される電力を発電する機能を有しており、前記特定の駆動力源の始動性が低下しているか否かを判断する始動性判断手段と、前記始動性判断手段により、前記特定の駆動力源の始動性が低下していると判断された場合は、前記所定の停止条件が成立した場合でも、前記特定の駆動力源の停止を禁止する停止禁止手段と、前記始動性判断手段により、前記始動装置の発電機能が低下して前記特定の駆動力源の始動性が低下していると判断された場合に、車輪に伝達する要求トルクに対して前記特定の駆動力源のトルクが不足している場合でも、前記電動式の駆動力源が駆動されて電力が消費されることを禁止する消費電力抑制手段とを備えていることを特徴とするものである。
【０００８】
請求項１の発明によれば、特定の駆動力源の始動性が低下している際には、所定の停止条件が成立した場合でも、特定の駆動力源の自動停止が禁止される。したがって、特定の駆動力源の停止後に、この特定の駆動力源を始動できなくなる事態を未然に回避できる。また、請求項１の発明によれば、始動装置の発電機能が低下して特定の駆動力源の始動性が低下している場合は、車輪に伝達する要求トルクに対して前記特定の駆動力源のトルクが不足している場合でも、電動式の駆動力源により消費される電力が抑制される。したがって、特定の駆動力源の始動に消費される電力の不足を未然に回避できる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
つぎにこの発明を図に示す具体例に基づいて説明する。図２はこの発明の一実施例であるハイブリッド車のパワープラントを示している。すなわち、車両の駆動力源としてエンジン１およびモータ・ジェネレータ２が設けられている。エンジン１は、燃料を燃焼させて動力を出力する装置であって、内燃機関、例えば、ガソリンエンジンまたはディーゼルエンジンまたはＬＰＧエンジンなどを採用することができる。以下、この実施形態においては、エンジン１として便宜上ガソリンエンジンを用いた場合を例として説明する。エンジン１は、点火装置３、燃料噴射装置４、冷却装置５、電子スロットルバルブ６などを備えた公知の構造のものである。
【００１７】
このエンジン１のクランクシャフト７には、クラッチ８を介して動力伝達軸９が連結されている。このクラッチ８としては、摩擦式クラッチまたは流体式クラッチまたは電磁式クラッチなどを用いることができる。このクラッチ８として流体式クラッチを用いる場合は、入力側部材から出力側部材に伝達されるトルクを増幅する機能を備えたトルクコンバータと、入力側部材と出力側部材との間における動力伝達状態を切り換えるために係合・解放されるロックアップクラッチとが設けられる。
【００１８】
前記モータ・ジェネレータ２は、電力が供給されてトルクを出力する電動機としての機能と、発電機としての機構とを兼ね備えたものであり、モータ・ジェネレータ２としては、例えば固定永久磁石型同期モータなどを使用することができる。そして、モータ・ジェネレータ２のロータ（図示せず）と動力伝達軸９とが連結されている。
【００１９】
動力伝達軸９におけるクラッチ８とは反対側の端部が、変速機１０の入力軸側に連結されている。この変速機１０は、その変速比を自動的に制御することのできる自動変速機である。この自動変速機は、有段変速機または無段変速機のいずれでもよい。
【００２０】
一方、クランクシャフト７に対して動力伝達可能なモータ・ジェネレータ１２が設けられている。モータ・ジェネレータ１２は、電力が供給されて動力（言い換えればトルク）を出力する電動機としての機能と、機械的エネルギを電力に変換する発電機としての機能とを兼ね備えたものであり、モータ・ジェネレータ１２としては、例えば固定永久磁石型同期モータなどを使用することができる。モータ・ジェネレータ１２とクランクシャフト７との間の動力伝達経路には、動力伝達機構、例えば、チェーンまたはベルトが設けられている。
【００２１】
ところで、前記モータ・ジェネレータ２は、主として電動機として用いられるものであり、モータ・ジェネレータ１２は、主として発電機として用いられるものである。このため、モータ・ジェネレータ２とモータ・ジェネレータ１２とはその定格や特性（例えばコイルの巻き線数）が異なる。例えば、モータ・ジェネレータ２およびモータ・ジェネレータ１２を電動機として用いた場合の特性を、トルクと回転数との対応を示す２次元マップ（図示せず）で比較した場合、所定の低回転数領域において、モータ・ジェネレータ２のトルクの方が、モータ・ジェネレータ１２のトルクよりも高トルクとなる特性を備えている。
【００２２】
また、モータ・ジェネレータ２およびモータ・ジェネレータ１２のトルクを出力可能な回転数を比較した場合、モータ・ジェネレータ２においてトルクを出力可能な回転数よりも、モータ・ジェネレータ１２においてトルクを出力可能な回転数の方が、高回転数領域まで設定されている。なお、上記のような回転数とトルクとの対応関係を示す特性が異なることにより、モータ・ジェネレータ２およびモータ・ジェネレータ１２は、発電機として機能させた場合の発電特性も当然に異なる。
【００２３】
そして、モータ・ジェネレータ２，１２には、それぞれインバータ１３，１４を介してバッテリ１５が接続されているとともに、インバータ１３，１４およびバッテリ１５には電子制御装置（ＥＣＵ）１６が接続されている。なお、前記点火装置３および燃料噴射装置４も、バッテリ１５の電力により駆動されるように構成されている。この電子制御装置１６は、中央演算処理装置（ＣＰＵまたはＭＰＵ）および記憶装置（ＲＡＭおよびＲＯＭ）ならびに入出力インタフェースを主体とするマイクロコンピュータにより構成されている。この電子制御装置１６には、エンジン回転数センサ１７の信号、冷却水温センサ１８の信号、イグニッションスイッチ１９の信号、吸入空気量センサ２０の信号、バッテリ１５の充電状態（ＳＯＣ：state of charge ）を示す信号、エアコンスイッチ２１の信号、シフトポジションセンサ２２の信号、フットブレーキスイッチ２３の信号、アクセル開度センサ２４の信号、スロットル開度センサ２５の信号、変速機１０の入力回転数センサ２６の信号、変速機１０の出力回転数センサ２７の信号などが入力される。この出力回転数センサ２７の信号に基づいて車速が演算される。
【００２４】
これに対して、電子制御装置１６からは、点火装置３を制御する信号、燃料噴射装置４を制御する信号、電子スロットルバルブ６の開度を制御する信号、インバータ１３，１４を介してモータ・ジェネレータ２，１２を制御する信号、クラッチ８の係合・解放を制御するアクチュエータ２８に対する信号、変速機１０の変速比を制御する油圧制御装置２９に対する信号などが出力される。
【００２５】
ここで、この実施形態の構成とこの発明の構成との対応関係を説明すれば、エンジン１およびモータ・ジェネレータ２がこの発明における複数の駆動力源に相当し、エンジン１がこの発明の特定の駆動力源に相当し、モータ・ジェネレータ１２およびバッテリ１５ならびにインバータ１３，１４がこの発明の始動装置に相当し、モータ・ジェネレータ２が、この発明の電動式の駆動力源に相当する。
【００２６】
上記の構成を有するハイブリッド車においては、電子制御装置１６に入力される信号、および電子制御装置１６に予め記憶されているデータに基づいて、車両全体が制御される。たとえば、イグニッションスイッチ１９により、ロック（オフ）・アクセサリ・オン・スタートの各操作位置を検出することができる。ここで、イグニッションスイッチ１９によりスタート位置が検出され、ついで、オン位置が検出された場合にエンジン始動要求が発生する。エンジン始動要求が発生すると、モータ・ジェネレータ１２が駆動され、モータ・ジェネレータ１２の動力によりエンジン１が初期回転され、かつ、点火装置３による点火制御および燃料噴射装置４による燃料噴射制御がおこなわれて、エンジン１が自律回転する。そして、エアコン用コンプレッサ（図示せず）などの補機駆動が不要であり、かつ、バッテリ１５の充電量が所定値以上である場合は、エンジン１の始動から所定時間後にエンジン１が自動的に停止される。
【００２７】
車両の走行時は、車速およびアクセル開度に基づいて、必要なエンジン出力を算出し、最適燃費線（図示せず）からエンジン回転数を求める。一方、電子スロットルバルブ６の開度を制御して、エンジン出力を制御するとともに、変速機１０の変速比を制御してエンジン回転数を制御する。なお、エンジン効率が悪い低負荷領域においては、エンジン１が停止され、モータ・ジェネレータ２のトルクにより車両が走行する。
【００２８】
図３に、アクセル開度および車速をパラメータとして、エンジン駆動領域と、モータ・ジェネレータ駆動領域とを設定したマップの一例が示されている。エンジン駆動領域とは、エンジントルクを車輪１１に伝達することを意味しており、モータ・ジェネレータ駆動領域とは、モータ・ジェネレータ２のトルクを車輪１１に伝達することを意味している。この図３においては、車両が発進する時のように比較的軽負荷の状態（言い換えれば、エンジン１を駆動力源として用いたのでは燃費が悪化する状態）に対応してモータ・ジェネレータ駆動領域が設定されている。これに対して、エンジン効率が良好となる走行状態に対応して、エンジン駆動領域が設定されている。
【００２９】
そして、車速およびアクセル開度が、モータ・ジェネレータ駆動領域となった場合、つまり、所定の停止条件が成立した場合は、イグニッションスイッチ１９の信号に関わりなく、エンジン１が自動停止される。また、エンジン１の自動停止中に、車速およびアクセル開度が、エンジン駆動領域に切り換わった場合、つまり、所定の再始動条件が成立した場合は、エンジン１が始動される。このように、図３に示すマップに基づいて、エンジン１の自動停止・再始動を制御するシステムを、エコランシステムと呼ぶ。
【００３０】
この図３において、エンジン駆動領域では、基本的にはエンジン１が単独で駆動され、モータ・ジェネレータ駆動領域では、基本的にはモータ・ジェネレータ２が単独で駆動される。このエンジン駆動領域において、要求駆動力に対してエンジントルクが不足している場合は、モータ・ジェネレータ２を電動機として駆動させることで、不足分のトルクが補われる。なお、この実施形態においては、図３のマップ以外の条件に基づいて、エンジン１およびモータ・ジェネレータ２の駆動・停止を制御することができるが、その制御については後述する。
【００３１】
また、バッテリ１５の充電量が不足している場合は、エンジン出力を増加し、かつ、モータ・ジェネレータ１２を発電機として機能させ、その電力をバッテリ１５に充電することができる。さらに、車両の減速時（言い換えれば惰力走行時）には、車輪１１の動力をモータ・ジェネレータ２に伝達し、かつ、モータ・ジェネレータ２を発電機として機能させ、その電力をバッテリ１５に充電することにより、回生制動力を生じさせることができる。上記各種の制御中、エンジントルクを車輪１１に伝達する場合はクラッチ８が係合され、モータ・ジェネレータ２を単独で駆動させ、そのトルクを車輪１１に伝達する場合は、クラッチ８を解放することができる。
【００３２】
さらに、モータ・ジェネレータ２による回生制動時には、クラッチ８を解放し、モータ・ジェネレータ２の発電効率を高めることができる。なお、この実施形態においては、クラッチ８を係合させれば、モータ・ジェネレータ２の動力によりエンジン１を始動させることもできる。すなわち、車両の駆動力源とは別に設けられたモータ・ジェネレータ１２、または車両の駆動力源としての機能を有するモータ・ジェネレータ２のいずれかにより、エンジン１を始動することができる。
【００３３】
つぎに、エンジン１の始動性に基づいて、エンジン１の始動・停止を制御する場合の具体例を、図１のフローチャートに基づいて説明する。まず、電子制御装置１６に入力される信号に基づいて、エンジン１の始動性が低下しているか否かが判断される（ステップＳ１）。このステップＳ１の判断基準としては、バッテリ１５の充電量が所定値以下であるか否か、または、エンジン１の始動系統が故障しているか否かなどが挙げられる。ステップＳ１で否定的に判断された場合はそのままリターンされる。つまり、前述した制御内容に基づいて、エンジン１の自動停止・再始動がおこなわれる。
【００３４】
これに対して、ステップＳ１で肯定的に判断された場合は、エンジン回転数ＮＥが零を超えているか否かが判断される（ステップＳ２）。ステップＳ２で肯定的に判断された場合は、図３の駆動力源制御マップに基づきエンジン１を自動停止すると、前記再始動条件が成立しても、エンジン１を再始動できなくなる可能性がある。そこで、以下のような制御がおこなわれる。まず、“アイドル状態（つまりアクセルペダルが踏み込まれていない状態）でエンジン停止制御を許可するフラグ”がオフされる（ステップＳ３）。つまり、“エコランシステムによるエンジン１の自動停止制御”が禁止される。したがって、“エンジン１が自動停止され、その後にエンジン１を再始動できず、車両が走行不能となる事態”を未然に防止することができる。
【００３５】
ついで、“要求トルクに対するエンジントルクの不足分を、モータ・ジェネレータ２により補う制御を禁止するフラグ（トルクアシスト禁止フラグ）”がオンされる（ステップＳ４）。このため、図３の駆動力源制御マップによりモータ・ジェネレータの駆動・停止を制御している際に、要求トルクに対してエンジントルクが不足している場合でも、モータ・ジェネレータ２を電動機として駆動することが禁止される。その結果、モータ・ジェネレータ２により消費されるバッテリ１５の電力が抑制される。すなわち、前記ステップＳ１における肯定判断が、“モータ・ジェネレータ１２の故障によりバッテリ１５に充電することができない”ということが原因となっている場合に、バッテリ１５の電力が更に低下する事態を、ステップＳ４の制御により防止することができる。
【００３６】
さらに、エンジン出力を増加し、かつ、モータ・ジェネレータ２を発電機として機能させ、その電力をバッテリ１５に充電し（ステップＳ５）、リターンする。このステップＳ５において、モータ・ジェネレータ２の発電量は、バッテリ１５の充電量に基づく要求発電量と、モータ損失とを加算して制御される。ここで、要求発電量とは、バッテリ１５の充電量を、モータ・ジェネレータ１２に電力を供給し、かつ、モータ・ジェネレータ１２を駆動してエンジン１を始動させることのできる充電量まで高めるための発電量を意味している。
【００３７】
ところで、モータ・ジェネレータ２とモータ・ジェネレータ１２とは、その構成および特性の相違に起因して、モータ・ジェネレータ１２の発電効率よりも、モータ・ジェネレータ２の発電効率の方が低い。また、車輪１１の動力は、変速機１０を経由してモータ・ジェネレータ２に伝達されるために、その動力損失が生じる。これらの理由により、同じ必要発電量を得るとしても、モータ・ジェネレータ１２に対する発電制御と、モータ・ジェネレータ２に対する発電制御とに差が生じる。そこで、この実施形態においては、発電制御の差に対応するモータ損失を加算している。このようにすることにより、必要充電量を無駄なく、かつ、確実に確保することができる。
【００３８】
一方、前記ステップＳ２で否定的に判断された場合は、車速が零を超えているか否かが判断される（ステップＳ６）。ステップＳ６で肯定的に判断された場合、つまり、図３のモータ・ジェネレータ駆動領域である場合は、クラッチ８を係合し、かつ、モータ・ジェネレータ２の動力によりエンジン１を始動させ（ステップＳ７）、ステップＳ３に進む。したがって、“エコランシステムによるエンジン１の自動停止制御”が禁止される。
【００３９】
すなわち、前記ステップＳ１における肯定判断が、“モータ・ジェネレータ１２の故障によりエンジン１を始動させることができない”ということが原因となっている場合は、モータ・ジェネレータ駆動領域からエンジン駆動領域に切り換える際に、モータ・ジェネレータ２の動力によりエンジン１を始動することになるが、このままモータ・ジェネレータ２の単独駆動を継続すると、バッテリ１５の電力が低下し、モータ・ジェネレータ２によりエンジン１を始動できなくなる可能性がある。そこで、このような事態になる前にエンジン１を始動させることにより、上記不都合を未然に回避することができる。
【００４０】
さらに、ステップＳ６で否定的に判断された場合は、アクセル開度に基づき加速要求があるか否かが判断され（ステップＳ８）、ステップＳ８で肯定的に判断された場合は、ステップＳ７に進む。このように、ステップＳ８で肯定的に判断された場合にステップＳ７の制御をおこなう理由は、ステップＳ６からステップＳ７に進む場合と同様である。なお、ステップＳ８で否定的に判断された場合はステップＳ３に進む。
【００４１】
図４は、ハイブリッド車の他の構成を示す図である。図４の実施形態においては、エンジン１のクランクシャフト７と変速機１０の入力側との間にクラッチ８が設けられており、変速機１０の出力側に対して、動力伝達軸９を介してモータ・ジェネレータ２のロータが接続されている。そして、動力伝達軸９における変速機１０の反対側には、車輪１１が接続されている。なお、図４において、モータ・ジェネレータ２，１２、エンジン１、変速機１０、クラッチ８を制御する制御系統については、図２に示すもの同様の制御系統を用いることができる。この図４の実施形態に対しても、図１の制御例を適用することができる。このように、この実施形態は、エンジン１の始動性が低下した場合に、エコランシステムによるエンジン１の自動停止を禁止する、いわゆるフェールセーフ制御であると言える。
【００４２】
ここで、図１に示された機能的手段と、この発明の構成との対応関係を説明すれば、ステップＳ１が始動性判断手段に相当し、ステップＳ３がこの発明の停止禁止手段に相当し、ステップＳ４がこの発明の消費電力抑制手段に相当する。
【００４３】
【発明の効果】
以上のように請求項１の発明によれば、所定の停止条件が成立した場合でも、特定の駆動力源の始動性が低下している場合は、特定の駆動力源の自動停止が禁止される。したがって、特定の駆動力源の停止後に、この特定の駆動力源を始動できなくなる事態が未然に防止され、車両が走行できる状態を確保することができる。また、請求項１の発明によれば、始動装置の発電機能が低下して特定の駆動力源の始動性が低下している場合は、車輪に伝達する要求トルクに対して特定の駆動力源のトルクが不足している場合でも、電動式の駆動力源により消費される電力が抑制される。したがって、特定の駆動力源の始動に消費される電力の不足が未然に防止され、特定の駆動力源の始動性の更なる悪化が抑制される。
【図面の簡単な説明】
【図１】 この発明に係る車両の制御装置の一実施例を示すフローチャートである。
【図２】 この発明が適用されるハイブリッド車のパワートレーンおよびその制御系統を示す図である。
【図３】 図２のハイブリッド車において、エンジンおよびモータ・ジェネレータの駆動・停止を制御するマップの一例を示す図である。
【図４】 この発明が適用されるハイブリッド車のパワートレーンの他のレイアウトを示す図である。
【符号の説明】
１…エンジン、 ２，１２…モータ・ジェネレータ、 １１…車輪、 １３，１４…インバータ、 １５…バッテリ、 １６…電子制御装置。

Claims (1)

1. 車輪にトルクを伝達する複数の駆動力源と、この複数の駆動力源のうちの特定の駆動力源を始動させる始動装置とを有し、所定の停止条件が成立した場合は、前記特定の駆動力源を停止させるとともに、所定の再始動条件が成立した場合は、停止している特定の駆動力源を前記始動装置により始動させる制御をおこなう車両の制御装置において、
   前記複数の駆動力源には、前記特定の駆動力源の他に電動式の駆動力源が含まれており、前記始動装置が、前記特定の駆動力源を始動するために消費される電力および前記電動式の駆動力源を駆動するために消費される電力を発電する機能を有しており、
   前記特定の駆動力源の始動性が低下しているか否かを判断する始動性判断手段と、
   前記始動性判断手段により、前記特定の駆動力源の始動性が低下していると判断された場合は、前記所定の停止条件が成立した場合でも、前記特定の駆動力源の停止を禁止する停止禁止手段と、
   前記始動性判断手段により、前記始動装置の発電機能が低下して前記特定の駆動力源の始動性が低下していると判断された場合に、車輪に伝達する要求トルクに対して前記特定の駆動力源のトルクが不足している場合でも、前記電動式の駆動力源が駆動されて電力が消費されることを禁止する消費電力抑制手段と
   を備えていることを特徴とする車両の制御装置。

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