JP6213709B2 - ハイブリッド車のエンジン始動制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、ハイブリッド車の走行モードの切換時におけるエンジン始動制御に関する。

近年開発されているハイブリッド車において、走行モードを、エンジンを作動させずに駆動用バッテリからの電力により電気モータ（駆動用モータ）で走行駆動するＥＶモードと、エンジンにより発電機を駆動して発電しつつ、駆動用モータで走行駆動するシリーズモードや、エンジン及び駆動用モータによって走行駆動可能なパラレルモードとに切換え可能な車両が知られている。

例えば、特許文献１には、走行モードをＥＶモードとシリーズモードとに自動的に切換えるハイブリッド車が開示されている。更に、ＥＶモードからシリーズモードへの切換時にエンジンを始動させる際に、駆動用バッテリの充電率が大きく低下している状態では、スタータモータによる電力消費によって駆動用バッテリの出力電圧が低下して駆動用モータへの電力供給が十分に行われず、走行性能が低下する虞があるので、これを防止するために、特許文献１では、駆動用バッテリの充電率が大きく低下する前にエンジンの始動を行い、駆動用モータへの電力供給を確保する技術が提案されている。

特開２００１−１０３６０７号公報

しかしながら、例えばアクセル全開加速時において、駆動用バッテリからの供給電力だけでは駆動用モータの出力が不足するような車両においては、特許文献１のように駆動用バッテリの充電率に基づいてエンジンを始動させるのでは十分ではなく、要求出力の増加に応じてエンジンを始動して発電機から電力を供給しなければならない。そして、このように要求出力の増加に応じてエンジンを始動させるハイブリッド車においても、ＥＶモードにて走行中にエンジンを始動したときに、走行性能の低下を防止することが要求されている。

本発明は、上述した課題を解決すべくなされたものであり、その目的とするところは、走行モードの切換え時にエンジンを始動した際に、走行性能の低下を防止できるハイブリッド車のエンジン始動制御装置を提供することにある。

上記の目的を達成するべく、請求項１のハイブリッド車のエンジン始動制御装置は、エンジンと、当該エンジンにより駆動されて発電する回転電機と、前記回転電機から電力を供給されて充電可能な駆動用バッテリと、駆動用バッテリから電力を供給されて駆動輪を駆動する駆動用モータと、前記エンジンから前記駆動輪に伝達される動力を断接するクラッチとを備え、前記回転電機は、前記駆動用バッテリから供給された電力で前記エンジンを始動する機能を有するハイブリッド車のエンジン始動制御装置であって、エンジン始動制御装置は、エンジンの作動を停止し、前記クラッチを開放した状態で駆動用バッテリから供給された電力により駆動用モータを駆動して駆動輪を駆動する第１のモードと、前記クラッチを開放した状態で、エンジンにより前記回転電機を駆動して発電しながら、駆動用モータにより駆動輪を駆動する第２のモードと、を切換える制御手段を有し、制御手段は、車両の走行に必要とされる要求出力が、駆動用バッテリの出力可能な最大電力からエンジンのクランキング時に回転電機へ供給される予め確認された消費電力の最大値を減算した所定の電力で発揮できる駆動用モータの出力に基づいて設定される閾値以下の場合に第１のモードとし、要求出力が閾値を超えた場合にエンジンを始動して第１のモードから第２のモードに切換えることを特徴とする。

また、請求項２のハイブリッド車のエンジン始動制御装置は、請求項１において、駆動用バッテリの温度を検出する温度検出手段と、閾値を補正する補正手段と、を備え、補正手段は、駆動用バッテリの温度が低下するに伴って閾値を低下させるように補正することを特徴とする。
また、請求項３のハイブリッド車のエンジン始動制御装置は、請求項２において、駆動用バッテリの充電率を検出する充電率検出手段を備え、補正手段は、駆動用バッテリの充電率が低下するに伴って閾値を低下させるように補正することを特徴とする。

請求項１のハイブリッド車のエンジン始動制御装置によれば、要求出力が閾値を超えた場合にエンジンを始動させて走行モードを第１のモードから第２のモードに切り換えるが、この閾値を駆動用バッテリの出力可能な最大電力からエンジンのクランキング時に回転電機へ供給される予め確認された消費電力の最大値を減算した所定の電力で発揮できる駆動用モータの出力に基づいて設定されるので、エンジンの始動時に回転電機によって電力が消費されても、駆動用バッテリから駆動用モータへ要求出力に対応した電力供給を確保することが可能となる。したがって、例えば第１のモードによる車両走行時に要求出力が増加して第２のモードに切り換わる際に、エンジンの始動タイミングが適切に行われ、エンジン始動の際の車両の走行性能の低下を防止することができる。

請求項２のハイブリッド車のエンジン始動制御装置によれば、駆動用バッテリの温度が低下するに伴って閾値が低下するよう補正されるので、駆動用バッテリの温度変化に伴う駆動用バッテリの最大出力の変化に対応して閾値が補正され、要求出力が増加したときにエンジンの始動タイミングが要求出力の低いうちから早めに行われ、エンジン始動の際の車両の走行性能の低下をより確実に防止することができる。

請求項３のハイブリッド車のエンジン始動制御装置によれば、駆動用バッテリの充電率が低下するに伴って閾値を低下するように補正するので、駆動用バッテリの充電率の低下に伴う駆動用バッテリの最大出力の低下に対応して閾値が適切に設定され、要求出力の増加時においてエンジンの始動タイミングが要求出力の低いうちから早めに行われ、エンジン始動の際の車両の走行性能の低下をより確実に防止することができる。

本発明の一実施形態に係るプラグインハイブリッド車の概略構成図である。 エンジン始動時におけるモータジェネレータの（Ａ）回転速度、（Ｂ）駆動トルク、（Ｃ）駆動出力の推移の一例を示すタイムチャートである。 駆動用バッテリの温度と閾値の補正係数との関係を示すグラフである。

以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係るプラグインハイブリッド車（以下、車両１という）の概略構成図である。
本実施形態の車両１は、エンジン２の出力によって前輪３を駆動して走行可能であるとともに、前輪３を駆動する電動のフロントモータ４(駆動用モータ)及び後輪５を駆動する電動のリヤモータ６(駆動用モータ)を備えた４輪駆動車である。

エンジン２は、減速機７を介して前輪３の駆動軸８を駆動可能であるとともに、減速機７を介してモータジェネレータ９（回転電機、発電機）を駆動して発電させることが可能となっている。また、モータジェネレータ９は、駆動用バッテリ１１から電力を供給されてエンジン２の始動を行うスタータモータの機能を有している。
フロントモータ４は、フロントインバータ１０を介して、車両１に搭載された駆動用バッテリ１１及びモータジェネレータ９から高電圧の電力を供給されて駆動し、減速機７を介して前輪３の駆動軸８を駆動する。減速機７には、エンジン２の出力軸と前輪３の駆動軸８との間の動力の伝達を断接切換え可能なクラッチ７ａが内蔵されている。

リヤモータ６は、リヤインバータ１２を介して駆動用バッテリ１１及びモータジェネレータ９から高電圧の電力を供給されて駆動し、減速機１３を介して後輪５の駆動軸１４を駆動する。
モータジェネレータ９によって発電された電力は、フロントインバータ１０を介して駆動用バッテリ１１を充電可能であるとともに、フロントモータ４及びリヤモータ６に電力を供給可能である。

駆動用バッテリ１１は、リチウムイオン電池等の二次電池で構成され、複数の電池セルをまとめて構成された図示しない電池モジュールを有しており、更に、電池モジュールの温度及び充電率（State Of Charge、以下、ＳＯＣ）等を監視するバッテリモニタリングユニット１１ａを備えている。なお、バッテリモニタリングユニット１１ａは、充電率検出手段及び温度検出手段を含む。

フロントインバータ１０は、フロントモータコントロールユニット１０ａとジェネレータコントロールユニット１０ｂを有している。フロントモータコントロールユニット１０ａは、ハイブリッドコントロールユニット２０（制御手段）からの制御信号に基づきフロントモータ４の出力を制御する。ジェネレータコントロールユニット１０ｂは、ハイブリッドコントロールユニット２０からの制御信号に基づきモータジェネレータ９の発電量を制御するとともに、モータジェネレータ９によるエンジン２の始動を制御する機能を有する。

リヤインバータ１２は、リヤモータコントロールユニット１２ａを有している。リヤモータコントロールユニット１２ａは、ハイブリッドコントロールユニット２０からの制御信号に基づきリヤモータ６の出力を制御する機能を有する。
また、車両１には、駆動用バッテリ１１を外部電源によって充電する充電機２１が備えられている。

ハイブリッドコンロトールユニット２０は、車両１の総合的な制御を行うための制御装置であり、入出力装置、記憶装置（ＲＯＭ、ＲＡＭ、不揮発性ＲＡＭ等）、中央演算処理装置（ＣＰＵ）及びタイマ等を含んで構成される。
ハイブリッドコンロトールユニット２０の入力側には、駆動用バッテリ１１のバッテリモニタリングユニット１１ａ、フロントインバータ１０のフロントモータコントロールユニット１０ａとジェネレータコントロールユニット１０ｂ、リヤインバータ１２のリヤモータコントロールユニット１２ａ、エンジン２の駆動制御を行うエンジンコントロールユニット２２、及びアクセル操作量を検出するアクセルポジションセンサ４０が接続されており、これらの機器からの検出及び作動情報が入力される。

一方、ハイブリッドコンロトールユニット２０の出力側には、フロントインバータ１０のフロントモータコントロールユニット１０ａとジェネレータコントロールユニット１０ｂ、リヤインバータ１２のリヤモータコントロールユニット１２ａ、減速機７（クラッチ７ａ）、エンジンコントロールユニット２２が接続されている。
そして、ハイブリッドコンロトールユニット２０は、上記各種検出及び作動情報に基づいて、車両１の走行駆動に必要とされる要求出力Ｐを演算し、エンジンコントロールユニット２２、フロントモータコントロールユニット１０ａ、ジェネレータコントロールユニット１０ｂ及びリヤモータコントロールユニット１２ａ、減速機７に制御信号を送信して、走行モード（ＥＶモード（電気自動車モード）、シリーズモード、パラレルモード）の切り換え、エンジン２とフロントモータ４とリヤモータ６の出力、モータジェネレータ９での発電量を制御する。

ＥＶモードでは、エンジン２を停止し、駆動用バッテリ１１から供給される電力によりフロントモータ４やリヤモータ６を駆動して走行させる。
シリーズモードでは、減速機７のクラッチ７ａを切断し、エンジン２によりモータジェネレータ９を駆動する。そして、モータジェネレータ９により発電された電力及び駆動用バッテリ１１から供給される電力によりフロントモータ４やリヤモータ６を駆動して走行させる。

パラレルモードでは、減速機７のクラッチ７ａを接続し、エンジン２から減速機７を介して機械的に動力を伝達して前輪３を駆動させる。また、エンジン２によりモータジェネレータ９を作動させて発電した電力や駆動用バッテリ１１から供給される電力によってフロントモータ４やリヤモータ６を駆動して走行させる。
ハイブリッドコントロールユニット２０は、走行モードの切換えを、駆動用バッテリ１１の充電率ＳＯＣ、要求出力Ｐ、走行速度に基づいて行う。例えば、高車速時にはパラレルモードを選択し、低車速時にはＥＶモードまたはシリーズモードに切換える。

ＥＶモードと他のモードとの切換えは、アクセル操作量等から演算される要求出力Ｐとに基づいて行なわれる。例えば、要求出力Ｐが低い場合にはＥＶモード（第１のモード）にし、要求出力が高い場合にはＥＶモード以外のモード(第２のモード)にする。
本実施形態では特に、このＥＶモードから他のモードに切り換わる際のエンジンの始動タイミングに特徴を有している。

詳しくは、ハイブリッドコントロールユニット２０は、アクセルポジションセンサ４０からアクセル操作量を入力して、車両１の走行駆動に必要な要求出力Ｐを演算する。そして、この要求出力Ｐが閾値Ｐaを超える場合に、エンジン２を始動してＥＶモードから他のモードへ切換える。本実施形態では、この閾値Ｐaを、駆動用バッテリ１１の最大出力Ｗbからエンジン２の始動時におけるモータジェネレータ９による消費電力Ｗsを減算した値以下に設定する。

エンジン始動時におけるモータジェネレータ９による消費電力Ｗsは、あらかじめ決められた値であり、実験等により確認の上設定すればよい。
図２は、エンジン始動時におけるモータジェネレータ９の（Ａ）回転速度、（Ｂ）駆動トルク、（Ｃ）駆動出力Ｐsの推移の一例を示すタイムチャートである。
エンジン始動時には、モータジェネレータ９の目標回転速度は、図２（Ａ）に示すように、エンジン停止状態における回転速度０から、クランキング回転速度に増加し、エンジン始動後にはエンジン２の回転速度に応じて増加するが、実回転速度は回転する部位の慣性により滑らかに増加する。

このとき、モータジェネレータ９の駆動トルクは、図２（Ｂ）に示すように、クランキング開始直後にエンジン回転速度の加速度の増加に伴って大幅に増加する。そして、エンジン２の始動後には、エンジン２によって駆動されるため、駆動トルクは−となる。なお、図２（Ｂ）中において＋はモータジェネレータ９から駆動トルクを出力し、−はモータジェネレータ９に駆動トルクを入力している状態を示す。

モータジェネレータ９の駆動出力Ｐsは、図２（Ｃ）に示すように、クランキング時に上昇し、クランキング終了とともに０となる。なお、モータジェネレータ９の駆動出力Ｐsは、モータジェネレータ９による駆動用バッテリ１１からの消費電力Ｗsに効率ηを積算した値である（Ｐs＝Ｗs×η）。したがって、エンジン始動時におけるモータジェネレータ９による消費電力Ｗsも、駆動出力Ｐsと同様にクランキング時に最も上昇する。

そして、クランキング時におけるモータジェネレータ９の消費電力Ｗsの最大値（＝Ｐsの最大値/η）をあらかじめ確認しておき、前述の閾値Ｐaの設定に用いればよい。
また、ハイブリッドコントロールユニット２０に含まれる補正手段は、バッテリモニタリングユニット１１ａから駆動用バッテリ１１の温度Ｔbを入力し、当該温度Ｔbに基づいて、閾値Ｐaを補正する。

図３は、駆動用バッテリ１１の温度Ｔbと閾値Ｐaの補正係数Ｃtとの関係の一例を示すマップである。補正係数Ｃtは、駆動用バッテリ１１の最大出力Ｗbと相関するように設定すればよい。
図３に示すように、補正係数Ｃtは、温度Ｔbの低下に伴って低下する。特に温度Ｔbが０℃より低くなると補正係数Ｃtが大幅に低下する。

ハイブリッドコントロールユニット２０は、図３に示すマップを用いて、駆動用バッテリ１１の温度Ｔbに対応した補正係数Ｃtを求め、この補正係数Ｃtを前述の閾値Ｐaに積算して補正する。したがって、閾値Ｐaは、温度Ｔbの低下に伴って低下するように補正される。そして、ハイブリッドコントロールユニット２０は、この補正された閾値Ｐaをもって、前述のように、要求出力Ｐと比較してエンジン２の始動を判定する。

以上のように、ハイブリッドコントロールユニット２０は、ＥＶモードによる車両走行時に要求出力Ｐが増加して閾値Ｐaを超えると、エンジン２を始動させてＥＶモードからシリーズモードに切り換える。
閾値Ｐaは、駆動用バッテリ１１の最大出力Ｗbからエンジン２の始動時におけるモータジェネレータ９による消費電力Ｗsを減算した値以下に設定されるので、エンジン２の始動時にモータジェネレータ９によって電力が消費されても、駆動用バッテリ１１から駆動用モータ（フロントモータ４及びリヤモータ６）への要求出力Ｐに応じた電力供給が可能となる。したがって、ＥＶモードによる車両走行時に要求出力Ｐが増加して他のモードに切り換わる際に、エンジン２の始動タイミングが要求出力Ｐの低いうちに早めに行なわれ、エンジン始動の際の車両１の走行性能の低下を防止することができる。

また、エンジン２の始動開始判定に用いられる要求出力Ｐの閾値Ｐaが、駆動用バッテリ１１の温度Ｔbに基づいて求められた補正係数Ｃtを積算して補正されるので、駆動用バッテリ１１の温度変化に伴う駆動用バッテリ１１の最大出力Ｗbの変化に対応して閾値Ｐaを変更し、エンジン２の始動タイミングをより適切に行うことが可能となる。特に、駆動用バッテリ１１の温度Ｔbが低下したときに低下する補正係数Ｃを積算して閾値Ｐaを低下させるので、要求出力Ｐの増加時にエンジン２の始動タイミングを更に早めて、低温時におけるエンジン始動の際の車両１の走行性能の低下をより確実に防止することができる。

また、閾値Ｐaを駆動用バッテリ１１の充電率ＳＯＣに基づいて補正してもよい。具体的には、充電率ＳＯＣが低下するに伴って閾値Ｐaが低下するように補正するとよい。充電率ＳＯＣの低下時には、一般的に駆動用バッテリ１１の最大出力Ｗbが低下するので、このように充電率ＳＯＣの低下に伴って閾値Ｐaを低く設定することで、要求出力Ｐの増加時においてエンジン２の始動タイミングを更に早めて、エンジン始動の際の車両１の走行性能の低下をより確実に防止することができる。

なお、本願発明は、上記実施形態に限定するものでない。例えば、閾値Ｐaの駆動用バッテリ１１の温度Ｔbによる補正や、充電率ＳＯＣによる補正は行わなくともよいし、いずれか一方あるいは両方行ってもよい。
また、本実施形態では、４輪駆動のプラグインハイブリッド車に本発明を適用しているが、少なくともＥＶモードと、シリーズモードやパラレルモードのようにエンジンの始動を必要とするモードに切換え可能なハイブリッド車に広く適用可能である。

１ 車両
２ エンジン
４ フロントモータ(駆動用モータ)
６ リヤモータ（駆動用モータ）
９ モータジェネレータ（回転電機、発電機）
１１ 駆動用バッテリ
１１ａ バッテリモニタリングユニット（温度検出手段、充電率検出手段）
２０ ハイブリッドコントロールユニット（制御手段、補正手段）

Claims (3)

1. エンジンと、当該エンジンにより駆動されて発電する回転電機と、前記回転電機から電力を供給されて充電可能な駆動用バッテリと、前記駆動用バッテリから電力を供給されて駆動輪を駆動する駆動用モータと、前記エンジンから前記駆動輪に伝達される動力を断接するクラッチとを備え、前記回転電機は、前記駆動用バッテリから供給された電力で前記エンジンを始動する機能を有するハイブリッド車のエンジン始動制御装置であって、
   前記エンジン始動制御装置は、
   前記エンジンの作動を停止し、前記クラッチを開放した状態で前記駆動用バッテリから供給された電力により前記駆動用モータを駆動して前記駆動輪を駆動する第１のモードと、
   前記クラッチを開放した状態で、前記エンジンにより前記回転電機を駆動して発電しながら、前記駆動用モータにより前記駆動輪を駆動する第２のモードと、を切換える制御手段を有し、
   前記制御手段は、
   前記車両の走行に必要とされる要求出力が、前記駆動用バッテリの出力可能な最大電力から前記エンジンのクランキング時に前記回転電機へ供給される予め確認された消費電力の最大値を減算した所定の電力で発揮できる前記駆動用モータの出力に基づいて設定される閾値以下の場合に前記第１のモードとし、前記要求出力が前記閾値を超えた場合に前記エンジンを始動して前記第１のモードから前記第２のモードに切換えることを特徴とするハイブリッド車のエンジン始動制御装置。
2. 前記駆動用バッテリの温度を検出する温度検出手段と、
   前記閾値を補正する補正手段と、を備え、
   前記補正手段は、前記駆動用バッテリの温度が低下するに伴って前記閾値を低下させるように補正することを特徴とする請求項１に記載のハイブリッド車のエンジン始動制御装置。
3. 前記駆動用バッテリの充電率を検出する充電率検出手段を備え、
   前記補正手段は、前記駆動用バッテリの充電率が低下するに伴って前記閾値を低下させるように補正することを特徴とする請求項２に記載のハイブリッド車のエンジン始動制御装置。

Images