JP2009029319A - ハイブリッド車両の発電制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 モータジェネレータおよびインバータ等、強電系の負荷を低減したハイブリッド車両の発電制御装置を提供する。
【解決手段】 エンジンによってモータジェネレータを回転させ、バッテリの充電を行うハイブリッド車両の発電制御装置において、制御手段は、前記エンジンのアイドル回転によって前記モータジェネレータを回転させて発電を行う際、前記バッテリの充電量に応じて前記エンジンのアイドル回転数と前記モータジェネレータの消費トルクを変更し、前記バッテリの充電量が低い場合、前記エンジンのアイドル回転数を増加させるとともに、前記モータジェネレータの消費トルクを減少させることとした。
【選択図】 図７

Description

本発明は、エンジンおよびモータジェネレータにより駆動力を得るハイブリッド車両の発電制御装置に関する。

従来、特許文献１記載のハイブリッド車両においては、バッテリの蓄電量（ＳＯＣ）に応じてモータジェネレータの目標発電量を設定し、この目標発電量に応じてエンジンのアイドル回転数を設定することで、バッテリの充電を行っている。その際、インバータによって発電時にモータジェネレータで消費されるトルクを制御する。
特開２０００−２７６７１号公報

しかしながら上記従来技術にあっては、目標発電量のみに着目してエンジンの目標アイドル回転数を設定しており、発電時にモータジェネレータで消費されるトルクは考慮されていない。したがって、発電量の増加に伴ってモータジェネレータで消費されるトルクが増加した場合は発生する電流も増大し、モータジェネレータ自身およびインバータ等、強電系の負荷も増大する、という問題があった。

本発明は上記問題に着目してなされたもので、その目的とするところは、モータジェネレータおよびインバータ等、強電系の負荷を低減したハイブリッド車両の発電制御装置を提供することにある。

上記目的を達成するため、本発明では、エンジンによってモータジェネレータを回転させ、バッテリの充電を行うハイブリッド車両の発電制御装置において、制御手段は、前記エンジンのアイドル回転によって前記モータジェネレータを回転させて発電を行う際、前記バッテリの充電量に応じて前記エンジンのアイドル回転数と前記モータジェネレータの消費トルクを変更し、前記バッテリの充電量が低い場合、前記エンジンのアイドル回転数を増加させるとともに、前記モータジェネレータの消費トルクを減少させることとした。

よって、モータジェネレータおよびインバータ等、強電系の負荷を低減したハイブリッド車両の発電制御装置を提供できる。

以下、本発明のハイブリッド車両の発電制御装置を実現する最良の形態を、図面に示す実施例に基づいて説明する。

［システム構成］
図１は本願ハイブリッド車両のシステム図である。本願ハイブリッド車両は、エンジンＥ、モータジェネレータＭＧ、第１、第２クラッチＣＬ１，ＣＬ２、自動変速機ＡＴ、左後輪ＲＬ（駆動輪）、右後輪ＲＲ（駆動輪）を有する。なお、ＦＬは左前輪、ＦＲは右前輪である。

第１クラッチＣＬ１はエンジンＥとモータジェネレータＭＧとの間に介装され、第１クラッチコントローラ５からの制御指令に基づき第１クラッチ油圧ユニット６によって締結・開放制御される。

モータジェネレータＭＧは、ロータに永久磁石を埋設しステータにステータコイルが巻き付けられた同期型モータジェネレータであり、出力軸であるロータは、自動変速機ＡＴの入力軸に連結されている。駆動の際はモータコントローラ２からの制御指令に基づき、パワーコントロールユニット３のインバータ３ａによって制御される。

このモータジェネレータＭＧは、バッテリ４（蓄電装置）からの電力の供給を受けて回転駆動する電動機として機能する。また、外力により回転している際には発電機として機能し、バッテリ４を充電することも可能である。

パワーコントロールユニット３は、インバータ３ａ、強電回路３ｂ、ＤＣ/ＤＣコンバータ３ｃから構成される。インバータ３ａは半導体スイッチング素子であり、バッテリ４の直流を三相交流に変換してモータジェネレータＭＧへ出力するとともに、モータジェネレータＭＧからの三相交流を直流に変換してバッテリ４へ出力する。

強電回路３ｂは、バッテリ４、インバータ３ａ、ＤＣ/ＤＣコンバータ３ｃとの間に配設され、内部に備えたリレーにより電力の流通を遮断する。ＤＣ/ＤＣコンバータ３ｃは、バッテリ４の電圧を降圧して補機バッテリ２５（照明、表示、補機類等の電源）に電力を供給する。

第２クラッチＣＬ２は自動変速機ＡＴ内に設けられたクラッチであり、ＡＴコントローラ７からの制御指令に基づいて締結・開放制御される。

自動変速機ＡＴは車速やアクセル開度等に応じて変速段を自動的に変更する有段変速機であり、入力側は第２クラッチＣＬ２を介してモータジェネレータＭＧのロータと接続し、出力側は左右後輪ＲＬ,ＲＲに接続される。

［走行モード］
本願ハイブリッド車両は第１クラッチＣＬ１の締結・開放状態に応じてＥＶモード（モータジェネレータＭＧの駆動力のみで走行）、およびＨＥＶモード（モータジェネレータＭＧおよびエンジンＥの駆動力を併用）の２走行モードを有する。

（ＥＶモード）
第１クラッチＣＬ１が開放状態にある場合、エンジンＥの駆動力は自動変速機ＡＴには伝達されず、車両はモータジェネレータＭＧの動力のみを動力源として走行するＥＶモードとなる。

（ＨＥＶモード）
第１クラッチＣＬ１が締結状態にある場合、エンジンＥの駆動力はモータジェネレータＭＧおよび第２クラッチＣＬ２を介して自動変速機ＡＴに伝達され、モータジェネレータＭＧに加えてエンジンＥの駆動力を併用するＨＥＶモードとなる。

なお、ＨＥＶモードにあっては、モータジェネレータＭＧが発生する駆動力Ｔ（ＭＧ）の大小および符号によってさらにモードが細分化される。

（エンジン走行モード）
駆動力Ｔ（ＭＧ）がゼロであればエンジンＥの駆動力によってのみ走行するエンジン走行モードとなる。

（モータアシスト走行モード）
モータジェネレータＭＧから自動変速機ＡＴに入力される駆動力Ｔ（ＭＧ）が正の値であれば、モータジェネレータＭＧとエンジンＥの駆動力を併用して走行するモータアシスト走行モードとなる。

（走行発電モード）
モータジェネレータＭＧから自動変速機ＡＴに入力される駆動力Ｔ（ＭＧ）が負の値、すなわちモータジェネレータＭＧがトルクを発生せずエンジンＥまたは車両イナーシャによって回され、外部のトルクを消費している場合、モータジェネレータＭＧは発電機として機能する。これによりバッテリ４を充電する。
車両が加速状態または定速走行状態にあればモータジェネレータＭＧはエンジンＥによって回され、車両が減速状態にあればモータジェネレータＭＧは車両イナーシャによって回され、発電を行う。

［制御構成］
本願ハイブリッド車両はエンジンコントローラ１、モータコントローラ２、パワーコントロールユニット３、バッテリ４、ＡＴコントローラ７、統合コントローラ１０を有し、それぞれ情報交換可能なＣＡＮ通信線１１を介して接続されている。

エンジンコントローラ１にはエンジン回転数センサ１２からのエンジン回転数情報が入力され、統合コントローラ１０からの目標エンジントルク指令等に応じてエンジン動作点（Ｎｅ：エンジン回転数,Ｔｅ：エンジントルク）を制御する。エンジン回転数ＮｅはＣＡＮ通信線１１を介して統合コントローラ１０へ出力される。

モータコントローラ２はモータジェネレータＭＧのロータ回転位置（レゾルバ１３により検出）、および目標モータジェネレータトルク指令（統合コントローラ１０において演算）等に基づき、モータジェネレータＭＧのモータ動作点（モータジェネレータ回転数Ｎ、モータジェネレータトルクＴｍ）を制御する指令をパワーコントロールユニット３へ出力する。

また、モータコントローラ２はバッテリ４の充電状態を示すバッテリＳＯＣを監視する。このバッテリＳＯＣはモータジェネレータＭＧの制御情報に用いられるとともに、ＣＡＮ通信線１１を介して統合コントローラ１０へ供給される。

ＡＴコントローラ７は、アクセル開度センサ１６、車速センサ１７と第２クラッチ油圧センサ１８からのセンサ情報、および統合コントローラ１０からの第２クラッチ制御指令に基づき、第２クラッチＣＬ２の締結・開放制御指令を出力する。なお、アクセル開度ＡＰＯと車速ＶＳＰの情報は、ＣＡＮ通信線１１を介して統合コントローラ１０へ供給する。

統合コントローラ１０は車両全体の消費エネルギーを管理し、最高効率で車両を走らせるための機能を担うものである。モータ回転数センサ２１、第２クラッチ出力回転数センサ２２、第２クラッチトルクセンサ２３からそれぞれモータ回転数Ｎｍ、第２クラッチ出力回転数Ｎ２ｏｕｔ、第２クラッチトルクＴＣＬ２が入力されるとともに、ＣＡＮ通信線１１を介して得られた情報が入力される。また、車速センサ２４から車速，ブレーキストロークセンサ２６からブレーキストロークが入力される。

これらの入力情報に基づき、統合コントローラ１０はエンジンコントローラ１、モータコントローラ２、第１クラッチコントローラ５、およびＡＴコントローラ７へ指令を出力し、それぞれエンジンＥ、モータジェネレータＭＧ、第１、第２クラッチＣＬ１，ＣＬ２を制御する。

［アイドル発電時制御ブロック図］
図２はエンジンＥのアイドル回転時において統合コントローラ１０内で実行される発電制御ブロック図である。

アイドル発電判定部１１０は、車速、バッテリ４の残容量ＳＯＣ、およびブレーキストロークに基づきエンジンＥのアイドル回転による発電（アイドル発電）を行うか否かを判定する。アイドル発電量演算部１２０はＳＯＣに基づきアイドル発電量を演算する。

アイドル発電トルクおよびアイドル回転数演算部１３０は、アイドル発電量に基づきアイドル発電トルク（アイドル発電時にモータジェネレータＭＧで消費されるトルク）、およびエンジンＥのアイドル回転数を演算し、モータコントローラ２およびエンジンコントローラ１へ出力する。モータコントローラ２はインバータ３ａを制御することでアイドル発電トルクを制御し、発電量を制御する。

［アイドル発電判定フロー］
図３はアイドル発電判定部１１０で実行されるフローチャートである。

ステップＳ２０１では車速＝０かつブレーキＯＮであるかどうかが判断され、ＹＥＳであればステップＳ２０２へ移行し、ＮＯであればステップＳ２０４へ移行する。

ステップＳ２０２ではエンジン停止が禁止されているかどうかが判断され、ＹＥＳであればステップＳ２０３へ移行し、ＮＯであればステップＳ２０４へ移行する。

ステップＳ２０３ではエンジンＥのアイドル発電を実行する指令を出力し、制御を終了する。

ステップＳ２０４ではアイドル回転による発電ではない通常の走行制御を実行する指令を出力し、制御を終了する。

［アイドル発電量演算フロー］
図４は、アイドル発電量演算部１０２で実行されるフローチャートである。

ステップＳ３０１ではアイドル発電実行指令（Ｓ２０３）が出力されているかどうかが判断され、ＹＥＳであればステップＳ３０２へ移行し、ＮＯであればステップＳ３０６へ移行する。

ステップＳ３０２ではバッテリＳＯＣが３５％以下かどうかが判断され、ＹＥＳであればステップＳ３０４へ移行し、ＮＯであればステップＳ３０３へ移行する。

ステップＳ３０３では、アイドル発電時であってバッテリＳＯＣのヒステリシス分の充電中であるかどうかが判断され、ＹＥＳであればステップＳ３０４へ移行し、ＮＯであればステップＳ３０５へ移行する。

ステップＳ３０４では、充電によりバッテリＳＯＣを増加させるため、エンジンＥのアイドル回転数を上昇させてアイドル発電量を増加させる（図６参照）。その際、発電によってモータジェネレータＭＧで消費されるトルクの増加に伴って発電時の電流が過大となり、モータジェネレータＭＧやインバータ３ａ等、強電系にかかる負荷が増大するおそれがある。
したがってステップＳ３０４では、インバータ３ａの制御によってモータジェネレータＭＧの消費トルクおよび電流を低下させて負荷を低減する（図７参照）。その際、エンジンＥのアイドル回転数を上昇させて発電時の電位差を増大させ、負荷を低減しつつ発電量を確保する。

ステップＳ３０５では、バッテリＳＯＣは３５％以上であって発電量もそれほど大きくないため、モータジェネレータＭＧの消費トルクを減少させる必要なあまりない。したがってエンジンＥのアイドル回転数を固定（例えば１０００ｒｐｍ）するとともに、モータジェネレータＭＧの発電トルクを通常の値として制御を終了する（図７参照）。

ステップＳ３０６ではエンジンＥのアイドル回転による発電を行わず、通常の車両制御として制御を終了する。

［アイドル回転数変更フロー］
図５はステップＳ３０４におけるアイドル回転数変更フローである。

ステップＳ４０１ではブレーキＯＦＦ（ブレーキストローク＝０）であるかどうかが判断され、ＹＥＳであればステップＳ４０２へ移行し、ＮＯであればステップＳ４０３へ移行する。

ステップＳ４０２ではエンジンＥのアイドル回転数を規定値（例えば１０００ｒｐｍ）に低下させ、制御を終了する（図８参照）。アイドル回転数を速やかに低下させることで第２クラッチＣＬ２の差回転が小さくなり、第２クラッチＣＬ２の負荷を低減させる。

ステップＳ４０３ではブレーキストロークが所定値α以上であるかどうかが判断され、ＹＥＳであればステップＳ４０４へ移行し、ＮＯであれば制御を終了する。

ステップＳ４０４ではエンジンＥのアイドル回転数を徐々に低下させ、制御を終了する（図８参照）。ブレーキストロークに応じてアイドル回転数を徐々に低下させ、発進操作性を向上させる。

なお、ブレーキストローク量（ストロークの絶対値）ではなくストロークの変化量を用いて発進意図を判断してもよい。

［バッテリＳＯＣと目標アイドル発電量の関係］
図６は、バッテリＳＯＣ−目標アイドル発電量マップである。ステップＳ３０４では、このマップに基づき目標アイドル発電量を設定する。バッテリＳＯＣが３５％以下の場合は目標アイドル発電量を増加させてバッテリＳＯＣを回復させる。

［バッテリＳＯＣとアイドル発電トルク、およびアイドル回転数の関係］
図７はバッテリＳＯＣ−アイドル発電トルクおよびアイドル回転数マップである。バッテリＳＯＣが３５％以下の場合は発電トルクを下げてモータジェネレータＭＧおよびインバータ３ａの負荷を低減するとともに、エンジンＥのアイドル回転数を上げて電位差を上げ、発電量を確保する（ステップＳ３０４）。

また、バッテリＳＯＣが５０％以下の場合はバッテリＳＯＣのヒステリシスとみなし、通常のアイドル発電における発電トルクおよびアイドル回転数をＳＯＣ＝３５％時の値のまま維持する（ステップＳ３０３→Ｓ３０４）。

［ブレーキストロークとアイドル回転数の関係］
図８はブレーキストローク量とアイドル回転数の関係を示す図、図９はタイムチャートである。時刻ｔ１においてブレーキストローク≦所定値αとなり、アイドル回転数を徐々に低下させる（ステップＳ４０４）。時刻ｔ２においてブレーキＯＦＦとされ、アイドル回転数を１０００ｒｐｍまで低下させる（ステップＳ４０２）。

［実施例１の効果］
（１）統合コントローラ１０は、エンジンＥのアイドル回転によってモータジェネレータＭＧを回転させて発電を行う際、バッテリ４の充電量に応じてエンジンＥのアイドル回転数とモータジェネレータＭＧの消費トルクを変更し、バッテリ４の充電量が低い場合、エンジンＥのアイドル回転数を増加させるとともに、モータジェネレータＭＧの消費トルクを減少させることとした。

これにより、バッテリ４の充電量回復のためにアイドル発電量が増加する条件の下でエンジンＥのアイドル回転によって発電を行う際に、モータジェネレータＭＧで消費されるトルクの増大を抑制し、モータジェネレータＭＧやインバータ３ａ等、強電系にかかる負荷低減することができる。

また、発電時のモータジェネレータ消費トルクを減少させると出力電流も低下するが、その際はエンジンＥのアイドル回転数を上昇させて発電時の電位差を増大させ、負荷を低減しつつ発電量を確保することができる。

（２）エンジンＥは、モータジェネレータＭＧを介して駆動輪ＲＬ，ＲＲと接続し、モータジェネレータＭＧは、第２クラッチＣＬ２を介して駆動輪ＲＬ，ＲＲと接続し、統合コントローラ１０は、車両発進時にエンジンＥのアイドル回転数が所定回転数よりも高い場合、アイドル回転数を所定回転数以下に低下させた後、第２クラッチＣＬ２を締結することとした。

これにより、発進時における第２クラッチＣＬ２への入力回転数を低減し、第２クラッチＣＬ２の負荷を低減することができる。

（３）運転者の発進意図を検出するブレーキストロークセンサ２６をさらに備え、統合コントローラ１０は、発進意図が検出された場合、アイドル回転数を所定回転数以下に低下させることとした。

運転者の発進意図に合わせて発進前に速やかにアイドル回転数を低下させることで、発進時における第２クラッチＣＬ２の差回転が小さくなり、第２クラッチＣＬ２の負荷を低減させることができる。

（４）ブレーキストロークセンサ２６は、ブレーキペダルのストロークを検出するストロークセンサであって、統合コントローラ１０は、ブレーキペダルのストロークの減少により、発進意図の検出を行うこととした。これにより、運転者の発進意図を確実に検出することができる。

（５）統合コントローラ１０は、ブレーキペダルのストロークの減少速度により、発進意図の検出を行ってもよい。上記（３）、（４）と同様の作用効果が得られる。

以上、本発明のハイブリッド車両の制御装置を実施例に基づき説明してきたが、具体的な構成については、この実施例に限られるものではなく、特許請求の範囲の各請求項に係る発明の要旨を逸脱しない限り、設計の変更や追加等は許容される。

本願ハイブリッド車両のシステム図である。 アイドル回転時における発電制御ブロック図である。 アイドル発電判定部１１０で実行されるフローチャートである。 アイドル発電量演算部１０２で実行されるフローチャートである。 ステップＳ３０４におけるアイドル回転数変更フローである。 バッテリＳＯＣ−目標アイドル発電量マップである。 バッテリＳＯＣ−アイドル発電トルクおよびアイドル回転数マップである。 ブレーキストローク量とアイドル回転数の関係を示す図である。 ブレーキストローク量とアイドル回転数のタイムチャートである。

符号の説明

Ｅ エンジン
ＣＬ１ 第１クラッチ
ＭＧ モータジェネレータ
ＣＬ２ 第２クラッチ
ＡＴ 自動変速機
１ エンジンコントローラ
２ モータコントローラ
３ パワーコントロールユニット
４ バッテリ
６ 第１クラッチ油圧ユニット
７ ＡＴコントローラ
８ 第２クラッチ油圧ユニット
１０ 統合コントローラ

Claims (5)

1. エンジンと、
   モータジェネレータと、
   前記エンジンと前記モータジェネレータのいずれか一方または両方によって駆動される駆動輪と、
   前記モータジェネレータに電力を供給するとともに、前記モータジェネレータによって充電されるバッテリと、
   前記エンジンおよび前記モータジェネレータを駆動制御するとともに、前記モータジェネレータの発電量を制御する制御手段と
   を備え、
   前記エンジンによって前記モータジェネレータを回転させ、前記バッテリの充電を行うハイブリッド車両の発電制御装置において、
   前記制御手段は、前記エンジンのアイドル回転によって前記モータジェネレータを回転させて発電を行う際、
   前記バッテリの充電量に応じて前記エンジンのアイドル回転数と前記モータジェネレータの消費トルクを変更し、
   前記バッテリの充電量が低い場合、前記エンジンのアイドル回転数を増加させるとともに、前記モータジェネレータの消費トルクを減少させること
   を特徴とするハイブリッド車両の発電制御装置。
2. 請求項１に記載のハイブリッド車両の発電制御装置において、
   前記エンジンは、前記モータジェネレータを介して前記駆動輪と接続し、
   前記モータジェネレータは、クラッチを介して前記駆動輪と接続し、
   前記制御手段は、車両発進時に前記エンジンのアイドル回転数が所定回転数よりも高い場合、前記アイドル回転数を前記所定回転数以下に低下させた後、前記クラッチを締結すること
   を特徴とするハイブリッド車両の発電制御装置。
3. 請求項２に記載のハイブリッド車両の発電制御装置において、
   運転者の発進意図を検出する発進意図検出手段をさらに備え、
   前記制御手段は、前記発進意図が検出された場合、前記アイドル回転数を前記所定回転数以下に低下させること
   を特徴とするハイブリッド車両の発電制御装置。
4. 請求項３に記載のハイブリッド車両の発電制御装置において、
   前記発進意図検出手段は、ブレーキペダルのストロークを検出するストロークセンサであって、
   前記制御手段は、前記ブレーキペダルのストロークの減少により、前記発進意図の検出を行うこと
   を特徴とするハイブリッド車両の発電制御装置。
5. 請求項３に記載のハイブリッド車両の発電制御装置において、
   前記制御手段は、前記ブレーキペダルのストロークの減少速度により、前記発進意図の検出を行うこと
   を特徴とするハイブリッド車両の発電制御装置。

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