JP2018118578A - ハイブリッド自動車 - Google Patents

Abstract

【課題】ＤＣ／ＤＣコンバータに異常が生じてオルタネータを駆動するときにおける燃費の悪化とエミッションの悪化を抑制する。【解決手段】ハイブリッド自動車では、運転者の操作に基づいてエンジンを燃費が良好な燃費良好領域で運転して走行するようにエンジンとモータとを制御する。補機用蓄電装置が接続された補機用電力ラインに電力を供給するＤＣ／ＤＣコンバータに異常が生じたときには、ＤＣ／ＤＣコンバータを駆動停止すると共にオルタネータにより発電した電力が補機用電力ラインに供給されるようにオルタネータとエンジンとを制御する。そして、その際に、エンジンの運転ポイントが燃費良好領域を上回るときにはエンジンの運転ポイントが燃費良好領域側に変更されるようにモータから出力する動力を大きくするようエンジンとモータとを制御する。【選択図】図２

Description

本発明は、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、いわゆるシリーズハイブリッド自動車において、主電池から駆動用の電動機への電力ラインの電力を降圧して補機に電力供給する補助電池が接続された電力ラインに供給するＤＣ／ＤＣコンバータと、補助電池が接続された電力ラインに電力を供給するためにエンジンの動力を用いて発電するオルタネータと、を備え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、ＤＣ／ＤＣコンバータに異常が生じたときには、オルタネータを駆動して補助電池が接続された電力ラインに電力を供給する。

特開２０００−２２４７０９号公報

エンジンとモータとからの動力を用いて走行するハイブリッド自動車では、運転者の操作量と走行状態とに基づく走行に必要な動力を、燃費やエミッションを考慮して、モータから入出力する動力とエンジンから出力する動力とに分配する。こうしたハイブリッド自動車に対して上述したＤＣ／ＤＣコンバータに異常が生じたときにオルタネータを駆動して補助電池が接続された電力ラインに電力を供給すると、オルタネータの駆動に必要な動力がエンジンから出力する動力に上乗せされるため、エンジンから出力する動力が大きくなり、エンジンの動作ピントが効率よく動作する領域から外れ、燃費が悪化したり、エミッションが悪化する場合が生じる。

本発明のハイブリッド自動車は、ＤＣ／ＤＣコンバータに異常が生じてオルタネータを駆動するときにおける燃費の悪化とエミッションの悪化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、
車軸に連結された駆動軸に動力を出力可能なエンジンと、
前記駆動軸に動力を入出力可能なモータと、
駆動用電力ラインを介して前記モータと電力のやりとりを行なう駆動用蓄電装置と、
補機用電力ラインを介して補機に電力を供給する補機用蓄電装置と、
前記駆動用電力ラインの電力を降圧して前記補機用電力ラインに供給するＤＣ／ＤＣコンバータと、
前記補機用電力ラインに電力を供給するために前記エンジンの動力を用いて発電するオルタネータと、
運転者の操作に基づいて前記エンジンを燃費が良好な燃費良好領域で運転して走行するように前記エンジンと前記モータとを制御すると共に、前記補機用電力ラインに電力が供給されるように前記ＤＣ／ＤＣコンバータと前記オルタネータとを制御する制御装置と、
を備えるハイブリッド自動車であって、
前記制御装置は、前記ＤＣ／ＤＣコンバータに異常が生じたときには、前記ＤＣ／ＤＣコンバータを駆動停止すると共に前記オルタネータにより発電した電力が前記補機用電力ラインに供給されるように前記オルタネータと前記エンジンとを制御し、前記エンジンの運転ポイントが前記燃費良好領域を上回るときには前記エンジンの運転ポイントが前記燃費良好領域側に変更されるように前記モータから出力する動力を大きくするよう前記エンジンと前記モータとを制御する、
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、運転者の操作に基づいてエンジンを燃費が良好な燃費良好領域で運転して走行するようにエンジンとモータとを制御する。燃費良好領域は、エンジンの回転数とトルクとにより表わされる領域であり、線状の動作ラインとなる場合もあり、あるいは線状の動作ラインを含む若干のトルク幅の領域となる場合もある。ＤＣ／ＤＣコンバータに異常が生じたときには、ＤＣ／ＤＣコンバータを駆動停止すると共にオルタネータにより発電した電力が補機用電力ラインに供給されるようにオルタネータとエンジンを制御する。このときエンジンは、オルタネータの駆動に必要なトルクが上乗せされたトルクを出力するように制御される。そして、その際に、エンジンの運転ポイントが燃費良好領域を上回るときにはエンジンの運転ポイントが燃費良好領域側に変更されるようにモータから出力する動力を大きくするようエンジンとモータとを制御する。これにより、エンジンの運転ポイントを燃費良好領域側に変更することができ、燃費の悪化とエミッション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。 電子制御ユニット７０により実行されるＤＣ／ＤＣコンバータ異常時制御ルーチンの一例を示すフローチャートである。 燃費動作ラインと燃費良好領域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、エンジン２２と、オルタネータ２４と、モータ３０と、インバータ３２と、クラッチ３６と、自動変速機４０と、バッテリ６０と、ＤＣ／ＤＣコンバータ６４と、補機バッテリ６６と、電子制御ユニット７０と、を備える。

エンジン２２は、ガソリンや軽油などを燃料として動力を出力する内燃機関として構成されており、クランクシャフト２３がクラッチ３６を介してモータ３０の回転軸や自動変速機４０に接続されている。オルタネータ２４は、クランクシャフト２３にベルト２５により接続されており、発電した電力を補機駆動用の補機バッテリ６６が接続された補機用電力ライン６７に接続されている。モータ３０は、例えば同期発電電動機として構成されており、インバータ３２により駆動される。インバータ３２は、６個のスイッチング素子と６個のダイオードとからなる周知のインバータ回路として構成されており、駆動用電力ライン６１を介してバッテリ６０に接続されている。バッテリ６０は、例えばリチウムイオン二次電池として構成されている。ＤＣ／ＤＣコンバータ６４は、周知のＤＣ／ＤＣコンバータとして構成されており、駆動用電力ライン６１と補機用電力ライン６７に接続されており、駆動用電力ライン６１の直流電力の電圧を降圧して補機用電力ライン６７に供給する。

自動変速機４０は、油圧駆動の８段変速あるいは１０段変速の自動変速機として構成されており、モータ３０の回転軸に接続された入力軸４１と、駆動輪５５ａ，５５ｂに車軸５６およびデファレンシャルギヤ５７を介して連結された駆動軸４６に接続された出力軸４２と、複数の遊星歯車と、油圧駆動の複数の摩擦係合要素（クラッチ，ブレーキ）と、を有する。この自動変速機４０は、複数の摩擦係合要素の係脱により第１速から第８速あるいは第１０速までの前進段や後進段を形成して入力軸４１と出力軸４２との間で動力を伝達する。

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，データを一時的に記憶するＲＡＭ，入出力ポートを備える。電子制御ユニット７０には、各種センサからの信号が入力ポートを介して入力されている。電子制御ユニット７０に入力される信号としては、例えば、エンジン２２のクランクシャフト２３の回転位置を検出するクランクポジションセンサ２３ａからのクランク角θｃｒや、モータ３０の回転子の回転位置を検出する回転位置検出センサ（例えばレゾルバ）３０ａからのモータ３０の回転子の回転位置θｍ，駆動軸４６に取り付けられた回転数センサ４６ａからの駆動軸４６の回転数Ｎｐを挙げることができる。また、バッテリ６０の端子間に取り付けられた電圧センサからのバッテリ６０の電圧Ｖｂやバッテリ６０の出力端子に取り付けられた電流センサからのバッテリ６０の電流Ｉｂも挙げることができる。更に、イグニッションスイッチ８０からのイグニッション信号や、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も挙げることができる。ここで、シフトポジションＳＰとしては、駐車ポジション（Ｐポジション）、後進ポジション（Ｒポジション）、ニュートラルポジション（Ｎポジション）、前進ポジション（Ｄポジション）などがある。電子制御ユニット７０からは、各種制御信号が出力ポートを介して出力されている。電子制御ユニット７０から出力される信号としては、例えば、エンジン２２への制御信号を挙げることができる。また、インバータ３２への制御信号，クラッチ３６への制御信号，自動変速機４０への制御信号も挙げることができる。電子制御ユニット７０は、クランクポジションセンサ２３ａからのエンジン２２のクランク角θｃｒに基づいてエンジン２２の回転数Ｎｅを演算したり、回転位置検出センサ３０ａからのモータ３０の回転子の回転位置θｍに基づいてモータ３０の回転数Ｎｍ（自動変速機４０の入力軸４１の回転数Ｎａｔｉｎ）を演算したりしている。

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、クラッチ３６がオフの状態でエンジン２２の運転を伴わずにモータ３０からの動力を用いて走行する電動走行（ＥＶ走行）モードや、クラッチ３６がオンの状態でエンジン２２およびモータ３０からの動力を用いて走行するハイブリッド走行（ＨＶ走行）モードで走行する。

ＨＶ走行モードでは、アクセル開度Ａｃｃと車速Ｖとに基づいて自動変速機４０の目標変速段Ｓ＊を設定し、自動変速機４０の変速段が目標変速段Ｓ＊となるように自動変速機４０を制御する。また、アクセル開度Ａｃｃと車速ＶとブレーキペダルポジションＢＰとに基づいて駆動軸４６（自動変速機４０の出力軸４２）の要求トルクＴｐ＊を設定し、駆動軸４６の要求トルクＴｐ＊と自動変速機４０のギヤ比Ｇｒとに基づいて自動変速機４０の入力軸４１の要求トルクＴｉｎ＊を計算する。自動変速機４０のギヤ比Ｇｒは、モータ３０の回転数Ｎｍ（自動変速機４０の入力軸４１の回転数Ｎａｔｉｎ）を駆動軸４６の回転数Ｎｐで除して計算したり、自動変速機４０の現在の変速段に対応する値を用いたりすることができる。そして、エンジン２２の回転数Ｎｅ（＝モータ３０の回転数Ｎｍ）および燃費動作ラインに基づいてエンジン２２の目標トルクＴｅ＊を設定する。ここで、エンジン２２の燃費動作ラインは、エンジン２２を効率よく運転することができるエンジン２２のパワーＰｅと回転数ＮｅとトルクＴｅとの関係を定めたラインである。更に、要求トルクＴｉｎ＊が入力軸４１に出力されるようにモータ３０のトルク指令Ｔｍ＊に設定する。そして、エンジン２２が目標トルクＴｅ＊で運転されるようにエンジン２２を制御すると共にモータ３０がトルク指令Ｔｍ＊で駆動されるようにインバータ３２の複数のスイッチング素子のスイッチング制御を行なう。

ＨＶ走行モードでは、オルタネータ２４を駆動することができる。この場合、必要に応じてオルタネータ２４に必要なトルクＴａｌｔがエンジン２２の目標トルクＴｅ＊に上乗せされる。即ち、目標トルクＴｅ＊にトルクＴａｌｔを加えたものを新たな目標トルクＴｅ＊としてエンジン２２を駆動制御する。

ＥＶ走行モードでは、ＨＶ走行モードと同様の方法で、自動変速機４０の目標変速段Ｓ＊を設定し、自動変速機４０の変速段が目標変速段Ｓ＊となるように自動変速機４０を制御する。また、ＨＶ走行モードと同様の方法で、アクセル開度Ａｃｃと車速ＶとブレーキペダルポジションＢＰとに基づいて駆動軸４６の要求トルクＴｐ＊を設定し、駆動軸４６の要求トルクＴｐ＊と自動変速機４０のギヤ比Ｇｒとに基づいて自動変速機４０の入力軸４１の要求トルクＴｉｎ＊を計算する。更に、要求トルクＴｉｎ＊が入力軸４１に出力されるようにモータ３０のトルク指令Ｔｍ＊に設定する。そして、エンジン２２の運転を停止して、モータ３０がトルク指令Ｔｍ＊で駆動されるようにインバータ３２の複数のスイッチング素子のスイッチング制御を行なう。

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、ＤＣ／ＤＣコンバータ６４に異常が生じたときの動作について説明する。図２は、電子制御ユニット７０により実行されるＤＣ／ＤＣコンバータ異常時制御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。

ＤＣ／ＤＣコンバータ異常時制御ルーチンが実行されると、電子制御ユニット７０は、まず、ＤＣ／ＤＣコンバータ６４が正常に駆動しているか否かを判定する（ステップＳ１００）。この判定は、ＤＣ／ＤＣコンバータ６４に何らかの異常が生じているか否かを判定する異常診断の結果を読み込むことにより行なうことができる。ＤＣ／ＤＣコンバータ６４が正常に駆動していると判定したときには、異常時の制御は不要であるから、本ルーチンを終了する。

ステップＳ１００でＤＣ／ＤＣコンバータ６４が正常に駆動していないと判定したときには、ＤＣ／ＤＣコンバータ６４の駆動を停止し（ステップＳ１１０）、オルタネータ２４の駆動を開始する（ステップＳ１２０）。これにより、ＤＣ／ＤＣコンバータ６４に異常が生じているときでも補機を駆動するための補機用バッテリ６６が接続された補機用電力ライン６７に電力を供給することができる。

そして、エンジン２２の運転ポイントが燃費良好領域に属しているか否かを判定する（ステップＳ１３０）。燃費良好領域は、実施例では、燃費動作ラインを含む若干のトルク幅の領域として設定されている。図３は、燃費動作ラインと燃費良好領域の一例を示す説明図である。図中、ハッチング部分が燃費良好領域である。上述したように、オルタネータ２４を駆動すると、必要に応じてオルタネータ２４の駆動に必要なトルクがエンジン２２から出力されるトルクに上乗せされるから、エンジン２２の運転ポイントが燃費動作ラインから外れる場合が生じる。エンジン２２の運転ポイントが燃費動作ラインから外れてもその程度が若干であれば燃費やエミッションの悪化の程度はあまり問題とされないが、その程度が若干を超える場合には燃費やエミッションが悪化してしまう。実施例の燃費良好領域は、燃費やエミッションの悪化の程度はあまり問題とされない領域として設定されている。エンジン２２の運転ポイントが燃費良好領域に属しているときには、燃費やエミッションの悪化は問題とされないと判断し、本ルーチンを終了する。

ステップＳ１３０で、エンジン２２の運転ポイントが燃費良好領域に属していないとき、即ち、エンジン２２の運転ポイントが燃費良好領域を上回っているときには、モータ３０の出力増加の指令を出力し（ステップＳ１４０）、本ルーチンを終了する。モータ３０の出力増加の指令が出力されると、モータ３０のトルク指令Ｔｍ＊に対して定格値の範囲内で所定トルクＴｓｅｔだけ増加したものをトルク指令Ｔｍ＊として設定し、増加分のトルクΔＴだけエンジン２２の目標トルクＴｅ＊を減じる。これにより、エンジン２２の運転ポイントは燃費良好領域内となるか燃費良好領域側に近づくものとなり、燃費やエミッションの悪化を抑制することができる。ここで、所定トルクＴｓｅｔとしては、オルタネータ２４の駆動に必要なトルクに相当するトルクやこれより小さなトルクを用いることができる。

以上説明した実施例のハイブリッド自動車２０では、ＤＣ／ＤＣコンバータ６４が正常に駆動していないと判定したときには、ＤＣ／ＤＣコンバータ６４の駆動を停止し、オルタネータ２４の駆動を開始する。そして、エンジン２２の運転ポイントが燃費良好領域を上回っているときには、モータ３０の出力増加の指令を出力する。これにより、エンジン２２の運転ポイントを燃費良好領域内とするか燃費良好領域側に近づくようにして、燃費やエミッションの悪化を抑制することができる。

実施例のハイブリッド自動車２０では、ＤＣ／ＤＣコンバータ６４が正常に駆動していないときに、エンジン２２の運転ポイントが燃費良好領域を上回っているときには、モータ３０の出力増加の指令を出力するものとした。しかし、ＤＣ／ＤＣコンバータ６４が正常に駆動していないときに、エンジン２２の運転ポイントが燃費動作ラインを上回っているときには、モータ３０の出力増加の指令を出力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、バッテリ６０を備えているが、電荷を蓄電する蓄電装置を備えていればよいから、例えば、バッテリ６０に換えてキャパシタを備えていてもよい。

実施例では、本発明を、エンジン２２と、オルタネータ２４と、モータ３０と、バッテリ６０と、補機用バッテリ６６と、ＤＣ／ＤＣコンバータ６４と、自動変速機４０と、を備えるハイブリッド自動車に適用する場合を例示している。しかし、走行用の動力を出力するエンジンと、走行用の動力を入出力するモータと、駆動用電力ラインを介してモータと電力のやりとりを行なう駆動用蓄電装置と、補機用電力ラインを介して補機に電力を供給する補機用蓄電装置と、駆動用電力ラインの電力を降圧して補機用電力ラインに供給するＤＣ／ＤＣコンバータと、補機用電力ラインに電力を供給するためにエンジンの動力を用いて発電するオルタネータと、を備えるハイブリッド自動車であれば如何なる構成としても構わない。

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、２３ クランクシャフト、２３ａ クランクポジションセンサ、２４ オルタネータ、２５ ベルト、３０ モータ、３０ａ 回転位置検出センサ、３２ インバータ、３６ クラッチ、４０ 自動変速機、４１ 入力軸、４２ 出力軸、４６ 駆動軸、４６ａ 回転数センサ、５５ａ，５５ｂ 駆動輪、５６ 車軸、５７ デファレンシャルギヤ、６０ バッテリ、６１ 駆動用電力ライン、６４ ＤＣ／ＤＣコンバータ、６６ 補機用バッテリ、６７ 補機用電力ライン、７０ 電子制御ユニット、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。

Claims (1)

1. 車軸に連結された駆動軸に動力を出力可能なエンジンと、
   前記駆動軸に動力を入出力可能なモータと、
   駆動用電力ラインを介して前記モータと電力のやりとりを行なう駆動用蓄電装置と、
   補機用電力ラインを介して補機に電力を供給する補機用蓄電装置と、
   前記駆動用電力ラインの電力を降圧して前記補機用電力ラインに供給するＤＣ／ＤＣコンバータと、
   前記補機用電力ラインに電力を供給するために前記エンジンの動力を用いて発電するオルタネータと、
   運転者の操作に基づいて前記エンジンを燃費が良好な燃費良好領域で運転して走行するように前記エンジンと前記モータとを制御すると共に、前記補機用電力ラインに電力が供給されるように前記ＤＣ／ＤＣコンバータと前記オルタネータとを制御する制御装置と、
   を備えるハイブリッド自動車であって、
   前記制御装置は、前記ＤＣ／ＤＣコンバータに異常が生じたときには、前記ＤＣ／ＤＣコンバータを駆動停止すると共に前記オルタネータにより発電した電力が前記補機用電力ラインに供給されるように前記オルタネータと前記エンジンとを制御し、前記エンジンの運転ポイントが前記燃費良好領域を上回るときには前記エンジンの運転ポイントが前記燃費良好領域側に変更されるように前記モータから出力する動力を大きくするよう前記エンジンと前記モータとを制御する、
   ことを特徴とするハイブリッド自動車。

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