JP5733331B2 - 車両の制御システム - Google Patents

Description

本発明は、車両の制御システムに関し、特に、駆動源としてエンジンと電動モータとを搭載した車両において、運転者の操作と車両に搭載された機器の状態とに応じたインジケータを表示する技術に関する。

エンジンに加えて、走行用の電動モータが搭載された車両が公知である。このような車両では、エンジンを停止させたまま電動モータのみを用いて走行することが可能である。アクセル開度が増大された場合など、大きい駆動力が要求された場合には、要求された駆動力を実現すべく、エンジンが始動される。

特開２００９−３３９４７号公報（特許文献１）は、［００６０］段落等において、即座にエンジンを始動するのではなく、エンジンの始動を所定時間遅延させることを開示する。

特開２００９−３３９４７号公報

上述したように、電動モータを駆動源として搭載された車両ではエンジンを停止して走行することが可能であるため、このような走行状態においては従来のようにエンジン回転数を表示しても費やされるパワーを運転者が認識することができない。そこで、エンジンの回転数に加えてもしくは代わりに車両のパワー等が表示される。表示されるパワーはアクセル開度の他、空調装置などの機器の作動状態に応じて変化し得る。

しかしながら、車載機器によって費やされるパワーを意識していない運転者もいるため、車載機器の状態が変化したことに伴って表示されるパワーが変化すると、運転者が違和感を感じ得る。このような状況は、特開２００９−３３９４７号公報に記載のようにエンジンの始動を遅延させているときにあり得る。すなわち、エンジンを始動していないにもかかわらず、車載機器の状態変化に伴って表示されるパワーが変化し得る。

本発明は、上述の課題を解決するためになされたものであって、その目的は、運転者に与える違和感を低減することである。

ある実施例において、車両は、エンジンと電動モータとを駆動源として搭載し、エンジンを停止させた状態で走行可能である。この車両の制御システムは、運転者の操作と車両に搭載された機器の状態とに応じてインジケータを変化させて運転者に対して示す表示装置と、運転者の操作に基づく始動条件が満たされると、機器を停止するとともに、所定の遅延時間が経過するまでエンジンを停止したまま維持する制御装置とを備える。表示装置は、エンジンが停止したまま維持されている間、インジケータの変化を制限する。これにより、車載機器の状態が変化したことのみにともなうインジケータの変化を抑制できる。よって、車載機器の状態によってインジケータが変化し得ることを認識していない運転者に対して与える違和感を軽減できる。

別の実施例において、表示装置は、エンジンが停止したまま維持されている間、インジケータを一定にする。これにより、エンジンの始動が遅延されている間、始動条件が満たされたときのインジケータを維持できる。

さらに別の実施例において、表示装置は、エンジンが始動すると、インジケータを大きくする。これにより、エンジンが始動したことをインジケータで示すことができる。

さらに別の実施例において、表示装置は、エンジンが停止したまま維持されている間、エンジンが停止したまま維持されていることを表示する。これにより、運転者の意図に反してエンジンが停止されていることを運転者に報知できる。そのため、エンジンを始動させないことにより運転者に与え得る違和感を低減できる。

さらに別の実施例において、始動条件は、運転者の操作に応じて変化するように算出されるパラメータがしきい値よりも大きいという条件である。インジケータはパラメータを示す。表示装置は、インジケータとともにしきい値を表示する。これにより、始動条件が満たされたかどうかを運転者が視覚で認識できる。

さらに別の実施例において、パラメータは、パワーである。これにより、運転者はパワーを視覚で認識できる。

車両の概略構成図である。 車両の電気システムを示す図である。 エンジンの状態等を示す図である。 インジケータを示す図（その１）である。 インジケータを示す図（その２）である。 インジケータを示す図（その３）である。 インジケータを示す図（その４）である。 ＥＣＵが実行する処理を示すフローチャートである。

以下、図面を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明する。以下の説明では、同一の部品には同一の符号を付してある。それらの名称および機能も同一である。したがって、それらについての詳細な説明は繰返さない。

図１を参照して、車両には、エンジン１００と、第１モータジェネレータ１１０と、第２モータジェネレータ１２０と、動力分割機構１３０と、減速機１４０と、バッテリ１５０とが搭載される。

エンジン１００、第１モータジェネレータ１１０、第２モータジェネレータ１２０、バッテリ１５０は、ＥＣＵ（Electronic Control Unit）１７０により制御される。ＥＣＵ１７０は複数のＥＣＵに分割するようにしてもよい。

この車両は、エンジン１００および第２モータジェネレータ１２０のうちの少なくともいずれか一方からの駆動力により走行する。すなわち、エンジン１００および第２モータジェネレータ１２０のうちのいずれか一方もしくは両方が、運転状態に応じて駆動源として自動的に選択される。

たとえば、運転者がアクセルペダル１７２を操作した結果に応じて、エンジン１００および第２モータジェネレータ１２０が制御される。アクセルペダル１７２の操作量（アクセル開度）は、アクセル開度センサ（図示せず）により検出される。

アクセル開度が小さい場合および車速が低い場合などには、第２モータジェネレータ１２０のみを駆動源として車両が走行する。この場合、エンジン１００が停止される。ただし、発電などのためにエンジン１００が駆動する場合がある。

また、アクセル開度が大きい場合、車速が高い場合、バッテリ１５０の残存容量（ＳＯＣ：State Of Charge）が小さい場合などには、エンジン１００が駆動される。この場合、エンジン１００のみ、もしくはエンジン１００および第２モータジェネレータ１２０の両方を駆動源として車両が走行する。

エンジン１００は、内燃機関である。燃料と空気の混合気が燃焼室内で燃焼することよって、出力軸であるクランクシャフトが回転する。エンジン１００から排出される排気ガスは、触媒１０２によって浄化された後、車外に排出される。触媒１０２は、特定の温度まで暖機されることによって浄化作用を発揮する。触媒１０２の暖機は、排気ガスの熱を利用して行なわれる。触媒１０２は、たとえば三元触媒である。

エンジン１００の冷却水は、車両に搭載された空調装置１０４を通って循環する。空調装置１０４は、エンジン１００の冷却水を用いて車室内の空気を加熱する。より具体的には、ヒータコアに導入された冷却水と空気とが熱交換され、暖められた空気が車室内に送られる。なお、空調装置１０４には周知の一般的な技術を利用すればよいため、ここではその詳細な説明は繰り返さない。エンジン１００の冷却水の温度は、温度センサ１０６により検出される。

エンジン１００、第１モータジェネレータ１１０および第２モータジェネレータ１２０は、動力分割機構１３０を介して接続されている。エンジン１００が発生する動力は、動力分割機構１３０により、２経路に分割される。一方は減速機１４０を介して前輪１６０を駆動する経路である。もう一方は、第１モータジェネレータ１１０を駆動させて発電する経路である。

第１モータジェネレータ１１０は、Ｕ相コイル、Ｖ相コイルおよびＷ相コイルを備える、三相交流回転電機である。第１モータジェネレータ１１０は、動力分割機構１３０により分割されたエンジン１００の動力により発電する。第１モータジェネレータ１１０により発電された電力は、車両の走行状態や、バッテリ１５０の残存容量の状態に応じて使い分けられる。たとえば、通常走行時では、第１モータジェネレータ１１０により発電された電力はそのまま第２モータジェネレータ１２０を駆動させる電力となる。一方、バッテリ１５０のＳＯＣが予め定められた値よりも低い場合、第１モータジェネレータ１１０により発電された電力は、後述するインバータにより交流から直流に変換される。その後、後述するコンバータにより電圧が調整されてバッテリ１５０に蓄えられる。

第１モータジェネレータ１１０が発電機として作用している場合、第１モータジェネレータ１１０は負のトルクを発生している。ここで、負のトルクとは、エンジン１００の負荷となるようなトルクをいう。第１モータジェネレータ１１０が電力の供給を受けてモータとして作用している場合、第１モータジェネレータ１１０は正のトルクを発生する。ここで、正のトルクとは、エンジン１００の負荷とならないようなトルク、すなわち、エンジン１００の回転をアシストするようなトルクをいう。なお、第２モータジェネレータ１２０についても同様である。

第２モータジェネレータ１２０は、Ｕ相コイル、Ｖ相コイルおよびＷ相コイルを備える、三相交流回転電機である。第２モータジェネレータ１２０は、バッテリ１５０に蓄えられた電力および第１モータジェネレータ１１０により発電された電力のうちの少なくともいずれかの電力により駆動する。

第２モータジェネレータ１２０の駆動力は、減速機１４０を介して前輪１６０に伝えられる。これにより、第２モータジェネレータ１２０はエンジン１００をアシストしたり、第２モータジェネレータ１２０からの駆動力により車両を走行させたりする。なお、前輪１６０の代わりにもしくは加えて後輪を駆動するようにしてもよい。

車両の回生制動時には、減速機１４０を介して前輪１６０により第２モータジェネレータ１２０が駆動され、第２モータジェネレータ１２０が発電機として作動する。これにより第２モータジェネレータ１２０は、制動エネルギを電力に変換する回生ブレーキとして作動する。第２モータジェネレータ１２０により発電された電力は、バッテリ１５０に蓄えられる。

動力分割機構１３０は、サンギヤと、ピニオンギヤと、キャリアと、リングギヤとを含む遊星歯車から構成される。ピニオンギヤは、サンギヤおよびリングギヤと係合する。キャリアは、ピニオンギヤが自転可能であるように支持する。サンギヤは第１モータジェネレータ１１０の回転軸に連結される。キャリアはエンジン１００のクランクシャフトに連結される。リングギヤは第２モータジェネレータ１２０の回転軸および減速機１４０に連結される。

エンジン１００、第１モータジェネレータ１１０および第２モータジェネレータ１２０が、遊星歯車からなる動力分割機構１３０を介して連結されることで、エンジン１００、第１モータジェネレータ１１０および第２モータジェネレータ１２０の回転数は、共線図において直線で結ばれる関係になる。

バッテリ１５０は、複数のバッテリセルを一体化したバッテリモジュールを、さらに複数直列に接続して構成された組電池である。バッテリ１５０の電圧は、たとえば２００Ｖ程度である。バッテリ１５０には、第１モータジェネレータ１１０および第２モータジェネレータ１２０の他、車両の外部の電源から供給される電力が充電される。なお、バッテリ１５０の代わりにもしくは加えてキャパシタを用いるようにしてもよい。バッテリ１５０の温度は、温度センサ１５２により検出される。

図２を参照して、車両には、コンバータ２００と、第１インバータ２１０と、第２インバータ２２０と、システムメインリレー２３０とが設けられる。

コンバータ２００は、リアクトルと、二つのｎｐｎ型トランジスタと、二つダイオードとを含む。リアクトルは、各バッテリの正極側に一端が接続され、２つのｎｐｎ型トランジスタの接続点に他端が接続される。

２つのｎｐｎ型トランジスタは、直列に接続される。ｎｐｎ型トランジスタは、ＥＣＵ１７０により制御される。各ｎｐｎ型トランジスタのコレクタ−エミッタ間には、エミッタ側からコレクタ側へ電流を流すようにダイオードがそれぞれ接続される。

なお、ｎｐｎ型トランジスタとして、たとえば、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）を用いることができる。ｎｐｎ型トランジスタに代えて、パワーＭＯＳＦＥＴ（Metal Oxide Semiconductor Field-Effect Transistor）等の電力スイッチング素子を用いることができる。

バッテリ１５０から放電された電力を第１モータジェネレータ１１０もしくは第２モータジェネレータ１２０に供給する際、電圧がコンバータ２００により昇圧される。逆に、第１モータジェネレータ１１０もしくは第２モータジェネレータ１２０により発電された電力をバッテリ１５０に充電する際、電圧がコンバータ２００により降圧される。

コンバータ２００と、各インバータとの間のシステム電圧ＶＨは、電圧センサ１８０により検出される。電圧センサ１８０の検出結果は、ＥＣＵ１７０に送信される。

第１インバータ２１０は、Ｕ相アーム、Ｖ相アームおよびＷ相アームを含む。Ｕ相アーム、Ｖ相アームおよびＷ相アームは並列に接続される。Ｕ相アーム、Ｖ相アームおよびＷ相アームは、それぞれ、直列に接続された２つのｎｐｎ型トランジスタを有する。各ｎｐｎ型トランジスタのコレクタ−エミッタ間には、エミッタ側からコレクタ側へ電流を流すダイオードがそれぞれ接続される。そして、各アームにおける各ｎｐｎ型トランジスタの接続点は、第１モータジェネレータ１１０の各コイルの中性点１１２とは異なる端部にそれぞれ接続される。

第１インバータ２１０は、バッテリ１５０から供給される直流電流を交流電流に変換し、第１モータジェネレータ１１０に供給する。また、第１インバータ２１０は、第１モータジェネレータ１１０により発電された交流電流を直流電流に変換する。

第２インバータ２２０は、Ｕ相アーム、Ｖ相アームおよびＷ相アームを含む。Ｕ相アーム、Ｖ相アームおよびＷ相アームは並列に接続される。Ｕ相アーム、Ｖ相アームおよびＷ相アームは、それぞれ、直列に接続された２つのｎｐｎ型トランジスタを有する。各ｎｐｎ型トランジスタのコレクタ−エミッタ間には、エミッタ側からコレクタ側へ電流を流すダイオードがそれぞれ接続される。そして、各アームにおける各ｎｐｎ型トランジスタの接続点は、第２モータジェネレータ１２０の各コイルの中性点１２２とは異なる端部にそれぞれ接続される。

第２インバータ２２０は、バッテリ１５０から供給される直流電流を交流電流に変換し、第２モータジェネレータ１２０に供給する。また、第２インバータ２２０は、第２モータジェネレータ１２０により発電された交流電流を直流電流に変換する。

コンバータ２００、第１インバータ２１０および第２インバータ２２０は、ＥＣＵ１７０により制御される。

システムメインリレー２３０は、バッテリ１５０とコンバータ２００との間に設けられる。システムメインリレー２３０は、バッテリ１５０と電気システムとを接続した状態および遮断した状態を切換えるリレーである。システムメインリレー２３０が開いた状態であると、バッテリ１５０が電気システムから遮断される。システムメインリレー２３０が閉じた状態であると、バッテリ１５０が電気システムに接続される。

システムメインリレー２３０の状態は、ＥＣＵ１７０により制御される。たとえば、ＥＣＵ１７０が起動すると、システムメインリレー２３０が閉じられる。ＥＣＵ１７０が停止する際、システムメインリレー２３０が開かれる。

図３を参照して、エンジン１００の制御態様についてさらに説明する。図３に示す車両の出力パワーがエンジン始動しきい値より小さいと、第２モータジェネレータ１２０の駆動力のみを用いて車両が走行する。この場合、原則として、エンジン１００への燃料供給が停止され、エンジン１００が停止される。

出力パワーは、車両の走行に用いられるパワーとして設定される。出力パワーは、たとえば、アクセル開度および車速などに基づくマップに従ってＥＣＵ１７０により算出される。すなわち、出力パワーは、運転者の操作に応じて変化するように算出されるパラメータである。なお、出力パワーを算出する方法はこれに限らない。出力パワーの代わりに、トルク、加速度、駆動力およびアクセル開度などを用いるようにしてもよい。たとえば、アクセル開度が、車速毎に定められたしきい値より小さいとエンジン１００を停止するようにしてもよい。

エンジン始動しきい値は、実験およびシミュレーションなどの結果に基づいて開発者により予め定められる。また、本実施の形態において、エンジン始動しきい値は車両に搭載された機器（たとえば空調装置１０４）の動作状態に応じて異なるように定められる。一例として、空調装置１０４が動作しているときのエンジン始動しきい値は、空調装置１０４が停止しているときのエンジン始動しきい値よりも小さい。

出力パワーは、図４に示されるモニター３００内のインジケータ３０２によって運転者に対して示される。本実施の形態において、インジケータ３０２は斜線で示される。モニター３００内には、出力パワーを表すインジケータ３０２とともにエンジン始動しきい値３０４が表示される。モニター３００は、車室内前方のインストルメントパネル上に設けられる。

図４では、出力パワーがエンジン始動しきい値３０４よりも小さい状態を示す。インジケータ３０２は、出力パワーが増大すると大きくなるように表示される。したがって、インジケータ３０２は運転者の操作に応じて変化するように運転者に対して示される。

モニター３００内にインジケータ３０２によって示される出力パワーは、エンジン始動しきい値３０４に対して相対的に表示される。したがって、エンジン始動しきい値３０４が変更された場合には、エンジン始動しきい値３０４の位置は変更されずに、インジケータ３０２の大きさが変更される。一例として、空調装置１０４が停止されると、エンジン始動しきい値３０４が大きくなることに伴って、図５に示すように、モニター３００内のインジケータ３０２が小さくされ得る。このように、インジケータ３０２は、運転者の操作と車両に搭載された機器の状態とに応じて変化される。

図３に戻って、運転者の操作に基づく始動条件の一例として、車両の出力パワーがエンジン始動しきい値以上であるという条件が満たされると、エンジン１００が駆動される。たとえば、第１モータジェネレータ１１０によってエンジン１００をクランキングすることによって、エンジン１００が始動される。これにより、第２モータジェネレータ１２０の駆動力に加えて、もしくは代わりに、エンジン１００の駆動力を用いて車両が走行する。また、エンジン１００の駆動力を用いて第１モータジェネレータ１１０が発電した電力が第２モータジェネレータ１２０に直接供給される。

本実施の形態においては、車両の出力パワーがエンジン始動しきい値以上であるという条件、すなわち運転者の操作に基づく始動条件が満たされると、図３に示すように、車両に搭載された機器（例えば空調装置１０４）が停止されるとともに、所定の遅延時間が経過するまでエンジン１００が停止したまま維持される。したがって、始動条件が満たされてから遅延時間が経過すると、エンジン１００が始動されるとともに、空調装置１０４が再び作動される。

なお、始動条件が満たされてから遅延時間が経過する前に、エンジン始動しきい値よりも小さい所定のエンジン停止しきい値よりも出力パワーが小さくなると、エンジン１００は始動されない。空調装置１０４は再び作動される。遅延時間は、実験およびシミュレーション等の結果に基づいて開発者により予め定められる。

始動条件が満たされてから遅延時間が経過するまでの間、すなわち、始動条件が満たされた後にエンジンが停止したまま維持されている間は、図６に示すように、インジケータ３０２がエンジン始動しきい値３０４を超えないように、インジケータ３０２の変化が制限される。より具体的には、インジケータ３０２によって示される出力パワーがエンジン始動しきい値３０４と一致しているように表示される。

インジケータ３０２によって出力パワーを正確に示すのであれば、始動条件が満たされると、空調装置１０４の停止に伴ってインジケータ３０２を小さくすべきである。しかしながら、空調装置１０４の停止に伴ってインジケータ３０２を小さくすると、空調装置１０４によって出力パワーが変化し得ることを認識していない運転者に違和感を与え得る。このような違和感を低減すべく、本実施の形態においては、インジケータ３０２の変化が制限される。より具体的には、上述したように、インジケータ３０２が一定にされる。また、エンジン１００が停止したまま維持されている間、エンジン１００が停止したまま維持されていることがモニター３００において表示される。

エンジン１００が始動した後は、出力パワーを正確に表示すべく、図７に示すように、インジケータ３０２が大きくされる。図７は、出力パワーがエンジン始動しきい値３０４よりも大きい状態を示す。

図８を参照して、本実施の形態においてＥＣＵ１７０が実行する処理について説明する。ソフトウェアにより実現してもよく、ハードウェアにより実現してもよく、ソフトウェアとハードウェアとの協働により実現してもよい。

ステップ（以下ステップをＳと略す）１００にて、運転者の操作に基づく始動条件が満たされたか否かが判断される。運転者の操作に基づく始動条件が満たされると（Ｓ１００にてＹＥＳ）、Ｓ１０２にて、空調装置１０４が停止される。なお、空調装置１０４以外の機器であって、作動することによって車両の出力パワーが消費され得る機器を停止するようにしてもよい。

さらに、Ｓ１０４にて、モニター３００内のインジケータ３０２が一定に保たれる。その後、遅延時間が経過すると（Ｓ１０６にてＹＥＳ）、Ｓ１０８にてエンジンが始動される。さらに、Ｓ１１０にて、インジケータ３０２が大きくされる。

今回開示された実施の形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

１００ エンジン、１０２ 触媒、１０４ 空調装置、１０６ 温度センサ、１１０ 第１モータジェネレータ、１２０ 第２モータジェネレータ、１３０ 動力分割機構、１４０ 減速機、１５０ バッテリ、１５２ 温度センサ、１６０ 前輪、１７０ ＥＣＵ、１７２ アクセルペダル、１８０ 電圧センサ、２００ コンバータ、２１０ 第１インバータ、２２０ 第２インバータ、２３０ システムメインリレー、３００ モニター、３０２ インジケータ、３０４ エンジン始動しきい値。

Claims (4)

1. エンジンと電動モータとを駆動源として搭載し、前記エンジンを停止させた状態で走行可能な車両の制御システムであって、
   運転者の操作と前記車両に搭載された機器の状態とに応じて、出力パワーを示すインジケータを変化させて運転者に対して示す表示装置と、
   前記運転者の操作に基づいて、出力パワーがしきい値よりも大きいという始動条件が満たされると、動作中の前記機器を停止するとともに、前記始動条件が満たされてから所定の遅延時間が経過するまで前記エンジンを停止したまま維持する制御装置とを備え、
   前記表示装置は、前記エンジンが停止したまま維持されている間、前記インジケータを一定にする、車両の制御システム。
2. 前記表示装置は、前記エンジンが始動すると、前記インジケータを大きくする、請求項１に記載の車両の制御システム。
3. 前記表示装置は、前記エンジンが停止したまま維持されている間、前記エンジンが停止したまま維持されていることを表示する、請求項１に記載の車両の制御システム。
4. 前記表示装置は、前記インジケータとともに前記しきい値を表示する、請求項１に記載の車両の制御システム。

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