JP5736821B2 - ハイブリッド自動車 - Google Patents

Description

本発明は、ハイブリッド自動車に関し、詳しくは、走行用の動力を出力可能で且つ減速時に運転停止が可能なエンジンと、走行用の動力を入出力可能な電動機と、電動機と電力のやりとりが可能なバッテリと、を備え、バッテリの状態に基づく出力制限の範囲内で走行するようエンジンと電動機とを制御す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、エンジンと、エンジンの出力軸に接続された発電機と、走行用の動力を出力する電動機と、発電機により発電された電力を蓄えると共に電動機に電力を供給する蓄電装置と、を備えるハイブリッド自動車において、エンジンを発電機により始動中のときには蓄電装置から放電してもよい放電の制限を抑制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、エンジンの始動中に蓄電装置の放電の制限を抑制することにより、電力を確保してエンジンを始動できる頻度を高くしている。

また、エンジンと、エンジンの出力軸に取り付けられたモータと、エンジンおよびモータからの動力を変速するトランスミッションと、を備えるハイブリッド自動車において、加速モードのときにはアシストを行なう複数の判定に対応する複数のアシスト量のうち最も大きなアシスト量を選択し、選択したアシスト量に基づいてモータを駆動することにより、エンジンの出力補助を行なうものが提案されている（例えば、特許文献２参照）。このハイブリッド自動車では、上述のアシスト量によってモータを駆動制御することにより、運転者のアシスト要求に対して的確に対応することができる、としている。

特開２００４−１６６３６７号公報 特開２００１−６１２０４号公報

走行用の動力を出力可能で且つ減速時に運転停止が可能なエンジンと、走行用の動力を入出力可能な電動機と、電動機と電力のやりとりが可能なバッテリと、を備えるハイブリッド自動車では、減速中には、エネルギ効率を向上させるために、エンジンの運転を停止すると共に電動機を回生制御することによってバッテリを充電することが行なわれる場合がある。こうした減速中に運転者がアクセルペダルを踏み込むと、アクセルペダルの踏み込み量に応じた加速を得るために電動機から比較的大きなトルクを出力する必要が生じるが、バッテリから出力してもよい許容最大電力としての出力制限により大きなトルクを出力することができない場合が生じる。この場合、エンジンを始動してエンジンからの出力と電動機からの出力により加速することも考えられるが、運転を停止しているエンジンを始動して必要な回転数にするのに時間を要すると共にエンジンをモータリングする場合にはモータリングにも電力を要してしまう。

本発明のハイブリッド自動車は、走行用の動力を出力可能で且つ減速時に運転停止が可能なエンジンと、走行用の動力を入出力可能な電動機と、電動機と電力のやりとりが可能なバッテリと、を備えるハイブリッド自動車において、減速中に加速要求がなされたときに車両を迅速に加速させ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、
走行用の動力を出力可能で且つ減速時に運転停止が可能なエンジンと、走行用の動力を入出力可能な電動機と、前記電動機と電力のやりとりが可能なバッテリと、前記バッテリの状態に基づいて許容最大出力電力としての出力制限を設定する出力制限設定手段と、前記設定された出力制限の範囲内で走行するよう前記エンジンと前記電動機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、
前記出力制限設定手段は、減速中に加速要求がなされたときには非減速中に加速要求がなされたときに比して大きな出力制限を設定する手段である、
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、減速中に加速要求がなされたときには、非減速中に加速要求がなされたときに比して大きな出力制限を設定し、この設定した出力制限の範囲内で走行するようエンジンと電動機とを制御するから、減速中に加速要求がなされたときにも非減速中に加速要求がなされたときと同一の出力制限を設定する場合に比して、車両を迅速に加速させることができる。ここで、車両の加速としては、出力制限の範囲内の電力で電動機を駆動することによる加速と、エンジンを始動して必要な回転数まで上昇させてエンジンからのパワーによる加速と、が含まれる。なお、こうした本発明のハイブリッド自動車において、発電機と、前記エンジンの出力軸と前記発電機の回転軸と車軸側とに３つの回転要素が接続された遊星歯車機構と、を備えるものとすることもできる。

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。 ハイブリッド用電子制御ユニット７０により実行される出力制限設定ルーチンの一例を示すフローチャートである。

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、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７０と、を備える。

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と、データを一時的に記憶するＲＡＭと、入出力ポートおよび通信ポートとを備える。バッテリＥＣＵ５２には、バッテリ５０を管理するのに必要な信号、例えば、バッテリ５０の端子間に設置された図示しない電圧センサからの端子間電圧Ｖｂ，バッテリ５０の出力端子に接続された電力ラインに取り付けられた図示しない電流センサからの充放電電流Ｉｂ，バッテリ５０に取り付けられた図示しない温度センサからの電池温度Ｔｂなどが入力されており、必要に応じてバッテリ５０の状態に関するデータを通信によりハイブリッド用電子制御ユニット７０に出力する。また、バッテリＥＣＵ５２は、電流センサにより検出された充放電電流Ｉｂの積算値に基づいて放電可能な電力量の状態としての残容量（ＳＯＣ）を演算したり、演算した残容量（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最大許容電力である基本入力制限Ｗｉｂａｓｅと基本出力制限Ｗｏｂａｓｅを演算している。なお、バッテリ５０の基本入力制限Ｗｉｂａｓｅと基本出力制限Ｗｏｂａｓｅは、電池温度Ｔｂに基づいて基本入力制限Ｗｉｂａｓｅと基本出力制限Ｗｏｂａｓｅの温度基本値Ｗｉｔ，Ｗｏｔを求め、バッテリ５０の残容量（ＳＯＣ）に基づいて入力制限用補正係数ｋｉと出力制限用補正係数ｋｏとを設定し、求めた温度基本値Ｗｉｔ，Ｗｏｔに補正係数ｋｉ，ｋｏを乗じることにより設定することができる。

ハイブリッド用電子制御ユニット７０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と、データを一時的に記憶するＲＡＭと、入出力ポートおよび通信ポートとを備える。ハイブリッド用電子制御ユニット７０には、シフトレバーのポジション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やアクセルペダル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，ブレーキペダル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からのブレーキポジション，車速センサ８８からの車速Ｖなどが入力ポートを介して入力されている。ハイブリッド用電子制御ユニット７０は、エンジンＥＣＵ２４やモータＥＣＵ４０，バッテリＥＣＵ５２と通信ポートを介して接続されており、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は、ハイブリッド用電子制御ユニット７０により実行される駆動制御ルーチンにより、運転者によるアクセルペダルの踏み込み量に対応するアクセル開度Ａｃｃと車速Ｖとに基づいて駆動軸３６に出力すべき要求トルクＴｒ＊を計算し、バッテリ５０の基本入力制限Ｗｉｂａｓｅと基本出力制限Ｗｏｂａｓｅとに基づいて設定される入力制限Ｗｉｎと出力制限Ｗｏｕｔの範囲内で計算した要求トルクＴｒ＊が駆動軸３６に出力されるように、エンジン２２の目標回転数Ｎｅ＊，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。エンジン２２の目標回転数Ｎｅ＊，目標トルクＴｅ＊を受信したエンジンＥＣＵ２４は、目標回転数Ｎｅ＊，目標トルクＴｅ＊でエンジン２２が運転されるように吸入空気量制御や燃料噴射制御，点火制御などを行ない、モータＭＧ１，ＭＧ２のトルク指令Ｔｍ１＊，Ｔｍ２＊を受信したモータＥＣＵ４０は、モータＭＧ１，ＭＧ２からトルク指令Ｔｍ１＊，Ｔｍ２＊に相当するトルクが出力されるようインバータ４１，４２のスイッチング素子をスイッチング制御する。

エンジン２２とモータＭＧ１とモータＭＧ２の運転制御としては、要求トルクＴｒ＊に駆動軸３６の回転数を乗じて得られる走行用パワーＰｄｒｖがエンジン２２から出力されるようにエンジン２２を運転制御すると共にエンジン２２から出力されるパワーのすべてがプラネタリギヤ３０とモータＭＧ１とモータＭＧ２とによってトルク変換されて駆動軸３６に出力されるようモータＭＧ１およびモータＭＧ２を駆動制御するトルク変換運転モードや走行用パワーＰｄｒｖとバッテリ５０の充放電に必要な電力に相当するパワーとの和としての車両要求パワーＰ＊がエンジン２２から出力されるようにエンジン２２を運転制御すると共にバッテリ５０の充放電を伴ってエンジン２２から出力される動力の全部またはその一部がプラネタリギヤ３０とモータＭＧ１とモータＭＧ２とによるトルク変換を伴って走行用パワーＰｄｒｖが駆動軸３６に出力されるようモータＭＧ１およびモータＭＧ２を駆動制御する充放電運転モード、エンジン２２の運転を停止してモータＭＧ２から走行用パワーＰｄｒｖを駆動軸３６に出力するよう運転制御するモータ運転モードなどがある。なお、トルク変換運転モードと充放電運転モードは、いずれもエンジン２２の運転を伴って走行用パワーＰｄｒｖを駆動力３６に出力するようエンジン２２とモータＭＧ１，ＭＧ２とを制御するモードであり、実質的な制御における差異はないため、以下、両者を合わせてエンジン運転モードという。

エンジン運転モードでは、ハイブリッド用電子制御ユニット７０は、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とに基づいて駆動軸３６に出力すべき要求トルクＴｒ＊を設定し、設定した要求トルクＴｒ＊に駆動軸３６の回転数Ｎｄ（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Ｐｒｄｖを計算すると共に計算した走行用パワーＰｄｒｖからバッテリ５０の残容量（ＳＯＣ）に基づいて得られるバッテリ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）を減じてエンジン２２から出力すべきパワーとしての車両要求パワーＰ＊を設定し、バッテリ５０の入力制限Ｗｉｎと出力制限Ｗｏｕｔの範囲内で、車両要求パワーＰ＊を効率よくエンジン２２から出力することができるエンジン２２の回転数ＮｅとトルクＴｅとの関係としての動作ライン（例えば燃費最適動作ライン）を用いてエンジン２２の目標回転数Ｎｅ＊と目標トルクＴｅ＊とを設定すると共にエンジン２２の回転数Ｎｅが目標回転数Ｎｅ＊となるようにするための回転数フィードバック制御によりモータＭＧ１から出力すべきトルクとしてのトルク指令Ｔｍ１＊を設定し且つモータＭＧ１をトルク指令Ｔｍ１＊で駆動したときにプラネタリギヤ３０を介して駆動軸３６に作用するトルクを要求トルクＴｒ＊から減じてモータＭＧ２のトルク指令Ｔｍ２＊を設定する。

モータ運転モードでは、ハイブリッド用電子制御ユニット７０は、モータＭＧ１のトルク指令Ｔｍ１＊に値０を設定する共にバッテリ５０の入力制限Ｗｉｎと出力制限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＊を設定する。

また、実施例のハイブリッド自動車２０では、走行中にアクセルオフして減速するときには、エンジン２２の運転を停止すると共にブレーキペダルの踏み込み量に応じた制動力のうち、バッテリ５０の入力上限Ｗｉｎの範囲内でモータＭＧの定格値の範囲内でモータＭＧ２を回生制御すると共にモータＭＧ２の回生制御による制動力では不足する制動力が図示しないブレーキ装置から出力されるようブレーキ装置を制御する。こうした減速時の制御により、運動エネルギの多くをモータＭＧ２により電力として回生し、バッテリ５０に蓄えることができる。

次に、実施例のハイブリッド自動車２０におけるバッテリ５０の出力制限Ｗｏｕｔの設定について説明する。図２は、ハイブリッド用電子制御ユニット７０により実行される出力制限設定ルーチンの一例を示すフローチャートである。出力制限設定ルーチンは、イグニッションオンされた後は、繰り返し実行される。

出力制限設定ルーチンが実行されると、ハイブリッド用電子制御ユニット７０は、減速からの加速であるか否かを判定する（ステップＳ１００）。この判定は、アクセルペダルが踏み込まれておらず車速Ｖが減少している状態からアクセルペダルが踏み込まれたか否かの判定により行なうことができる。減速からの加速ではないときには、基本出力制限Ｗｏｂａｓｅを出力制限Ｗｏｕｔに設定して（ステップＳ１５０）、本ルーチンを終了する。したがって、減速からの加速ではないときには、基本出力制限Ｗｏｂａｓｅがそのまま出力制限Ｗｏｕｔとして設定され、この出力制限Ｗｏｕｔの範囲内でエンジン２２やモータＭＧ１やモータＭＧ２が駆動制御されることになる。

ステップＳ１００で減速からの加速であると判定されると、今回のアクセル開度Ａｃｃから前回のアクセル開度（前回Ａｃｃ）を減じてアクセル変化量ΔＡｃｃを計算すると共に（ステップＳ１１０）、アクセル変化量ΔＡｃｃに係数αを乗じて出力補正量ΔＷを計算し（ステップＳ１２０）、計算した出力補正量ΔＷを基本出力制限Ｗｏｂａｓｅに加えた値として出力制限Ｗｏｕｔを設定し（ステップＳ１３０）、所定時間経過するのを待つ（ステップＳ１４０）。ここで、所定時間は、不足するパワーを得るために、エンジン２２を始動して必要な回転数にするまでに要する時間に相当する時間などであり、例えば２秒や３秒などを用いることができる。したがって、減速からの加速であると判定されると、減速からの加速ではないと判定されたときに比して、所定時間の間、出力補正量ΔＷだけ基本出力制限Ｗｏｂａｓｅより大きな値が出力制限Ｗｏｕｔとして設定され、この大きく設定された出力制限Ｗｏｕｔの範囲内でエンジン２２やモータＭＧ１やモータＭＧ２が駆動制御されることになる。この結果、基本出力制限Ｗｏｂａｓｅを出力制限Ｗｏｕｔとした場合に比して、大きな出力制限Ｗｏｕｔを用いてモータＭＧ２のトルク指令Ｔｍ２＊を設定して加速することができると共にエンジン２２を始動して必要な回転数まで上昇させてエンジン２２からのパワーを加えて加速することができる。

減速からの加速であると判定されてから所定時間経過すると、基本出力制限Ｗｏｂａｓｅを出力制限Ｗｏｕｔに設定して（ステップＳ１５０）、本ルーチンを終了する。したがって、再び基本出力制限Ｗｏｂａｓｅがそのまま出力制限Ｗｏｕｔとして設定され、この出力制限Ｗｏｕｔの範囲内でエンジン２２やモータＭＧ１やモータＭＧ２が駆動制御される。

以上説明した実施例のハイブリッド自動車２０によれば、減速からの加速のときには、所定時間が経過するまでは、アクセル変化量ΔＡｃｃに係数αを乗じて得られる出力補正量ΔＷを基本出力制限Ｗｏｂａｓｅに加えた値として出力制限Ｗｏｕｔを設定することにより、基本出力制限Ｗｏｂａｓｅを出力制限Ｗｏｕｔとした場合に比して、大きな出力制限Ｗｏｕｔを用いてモータＭＧ２のトルク指令Ｔｍ２＊を設定して加速することができると共にエンジン２２を始動して必要な回転数まで上昇させてエンジン２２からのパワーを加えて加速することができる。この結果、減速中に加速要求がなされたときに車両を迅速に加速させることができる。

実施例のハイブリッド自動車２０では、減速からの加速のときには、アクセル変化量ΔＡｃｃに係数αを乗じて得られる出力補正量ΔＷを基本出力制限Ｗｏｂａｓｅに加えた値として出力制限Ｗｏｕｔを設定するものとしたが、アクセル変化量ΔＡｃｃに比例しない出力補正量ΔＷを基本出力制限Ｗｏｂａｓｅに加えた値として出力制限Ｗｏｕｔを設定す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、減速からの加速ではないときには、基本出力制限Ｗｏｂａｓｅを出力制限Ｗｏｕｔに設定するものとしたが、減速からの加速のときの出力補正量ΔＷより小さい補正量であれば、車両の走行状態に応じた補正量により基本出力制限Ｗｏｂａｓｅを補正して出力制限Ｗｏｕｔを設定するものとしてもよい。

実施例では、エンジン２２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軸３６にリングギヤが接続されたプラネタリギヤ３０と、プラネタリギヤ３０のサンギヤに接続されたモータＭＧ１と、駆動軸３６に接続されたモータＭＧ２と、モータＭＧ１，ＭＧ２と電力をやりとりするバッテリ５０と、を備えるハイブリッド自動車２０に本発明を適用するものとして説明したが、走行用の動力を出力可能で且つ減速時に運転停止が可能なエンジンと、走行用の動力を入出力可能な電動機と、電動機と電力のやりとりが可能なバッテリと、を備えるハイブリッド自動車であれば如何なるタイプのハイブリッド自動車に本発明を適用するものとしてもよい。例えば、エンジンと、エンジンの出力軸に接続された発電機と、走行用の動力を出力するモータと、発電機により発電された電力により充電すると共にモータと電力のやりとりが可能なバッテリと、を備えるシリーズ型のハイブリッド自動車に本発明を適用するものとしてもよく、エンジンと、エンジンの出力軸にクラッチを介して接続された変速機と、変速機の入力軸または出力軸に取り付けられたモータと、モータと電力のやりとりを行なうバッテリと、を備えるハイブリッド自動車に本発明を適用するものとしてもよく、エンジンと、エンジンの出力軸にクラッチを介して接続された変速機と、変速機が接続された車軸とは異なる車軸に動力を出力するモータと、モータと電力のやりとりを行なうバッテリと、を備えるハイブリッド自動車に本発明を適用するものとしてもよいのである。

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「電動機」に相当し、バッテリ５０が「バッテリ」に相当し、電流センサにより検出された充放電電流Ｉｂの積算値に基づいて放電可能な電力量の状態としての残容量（ＳＯＣ）を演算すると共に演算した残容量（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最大許容電力である基本入力制限Ｗｉｂａｓｅと基本出力制限Ｗｏｂａｓｅを演算するバッテリＥＣＵ５２と図２の出力制限設定ルーチンを実行するハイブリッド用電子制御ユニット７０とが「出力制限設定手段」に相当し、バッテリ５０の入力制限Ｗｉｎと出力制限Ｗｏｕｔとの範囲内で要求トルクＴｒ＊が駆動軸３６に出力されるようにエンジン運転モードやモータ運転モードによりエンジン２２とモータＭＧ１，ＭＧ２を制御するハイブリッド用電子制御ユニット７０とエンジンＥＣＵ２４とモータ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、８２ シフトポジションセンサ、８４ アクセルペダルポジションセンサ、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. 走行用の動力を出力可能で且つ減速時に運転停止が可能なエンジンと、走行用の動力を入出力可能な電動機と、前記電動機と電力のやりとりが可能なバッテリと、前記バッテリの状態に基づいて許容最大出力電力としての出力制限を設定する出力制限設定手段と、前記設定された出力制限の範囲内で走行するよう前記エンジンと前記電動機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、
   前記出力制限設定手段は、減速中に加速要求がなされたときには非減速中に加速要求がなされたときに比して大きな出力制限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。

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