(57)【要約】【課題】車両のエネルギ効率の向上を図る。【解決手段】エンジン運転走行を行なったときに走行用パワーが小さいほどエンジンの効率がその最高効率よりも低くなることにより低下する車両のエネルギ効率とモータ走行を行なったときに走行用パワーが小さいほど電機駆動系のロスが小さくなることにより上昇する車両のエネルギ効率とが等しくなるときの走行用パワーをエンジンを始動したり停止したりする始動停止閾値としてエンジンを間欠運転する際に、高電圧系の電圧が高いほど電機駆動系のロスが大きくなることにより車両のエネルギ効率が低下するハイブリッド自動車の特性に基づいて、高電圧系の電圧が高いほど小さくなるパワーを始動停止閾値として用いて駆動制御を行なう。これにより、車両のエネルギ効率の向上を図ることができる。【選択図】図２
2010179806.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンと、動力を入出力可能な発電機と、前記エンジンの出力軸と前記発電機の回転軸と駆動輪に連結された駆動軸との３軸に３つの回転要素が接続された遊星歯車機構と、前記駆動軸に動力を入出力可能な電動機と、充放電可能なバッテリと、前記バッテリが接続された低電圧系と前記発電機および前記電動機が接続された高電圧系との間に介在して前記低電圧系の電圧に対して前記高電圧系の電圧を調整する電圧調整回路と、走行に要求される要求駆動力に対応する走行用パワーを前記エンジンから出力して前記要求駆動力により走行するエンジン運転走行を行なったときに前記走行用パワーが小さいほど前記エンジンの効率が該エンジンの最高効率よりも低くなることにより低下する車両のエネルギ効率と前記エンジンの運転を停止して前記電動機からの動力のみを用いて前記要求駆動力により走行する電動機走行を行なったときに前記走行用パワーが小さいほど前記発電機，前記電動機，前記バッテリ，前記電圧調整回路を含む電機駆動系のロスが小さくなることにより上昇する車両のエネルギ効率とが等しくなるときの前記走行用パワーを前記エンジンを始動したり停止したりする始動停止閾値として前記エンジンを間欠運転する際に、前記エンジン運転走行の最中に前記走行用パワーが前記始動停止閾値未満となったときには前記高電圧系の電圧が前記発電機および前記電動機の駆動状態に基づいて設定される目標電圧になるよう前記電圧調整回路を制御する電圧調整制御を伴って前記電動機走行が行なわれるよう前記エンジンと前記発電機と前記電動機とを制御し、前記電動機走行の最中に前記走行用パワーが前記始動停止閾値以上となったときには前記電圧調整制御を伴って前記エンジン運転走行が行なわれるよう前記エンジンと前記発電機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において、
前記制御手段は、前記電動機走行を行なったときに前記高電圧系の電圧が高いほど前記電機駆動系のロスが大きくなることにより車両のエネルギ効率が低下する車両の特性に基づいて前記高電圧系の電圧が高いほど小さくなるパワーを前記始動停止閾値として用いて制御する手段である、
ことを特徴とするハイブリッド自動車。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ハイブリッド自動車に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種のハイブリッド自動車としては、エンジンと、第１モータジェネレータと、エンジンおよび第１モータジェネレータが接続されると共に前輪側に接続されたプラネタリギヤと、前輪側に接続された第２モータジェネレータと、バッテリと、バッテリからの直流電力を昇圧して第１および第２モータジェネレータを駆動するインバータに供給する昇圧回路とを備え、車両が走行するのに必要な走行パワーが停止パワー閾値を下回ったときにエンジンの運転を停止し、走行パワーが起動パワー閾値を超えたときにエンジンを始動するものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。この車両では、車速が車速閾値以上のときにはエンジンの停止を禁止するものとし、この車速閾値をバッテリの状態に応じて変更することにより、バッテリの保護を図るものとしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００６−１７０１２８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
一般に、ハイブリッド自動車では、車両のエネルギ効率の向上を図ることが課題の一つとされている。したがって、上述のハイブリッド自動車では、走行に必要なパワーと比較する閾値を、エンジンの効率や電気的なロスを考慮して定めることが考えられる。すなわち、走行に必要なパワーが小さくなったときにエンジンの運転を継続して走行すると出力パワーが小さいためにエンジンを効率よく運転することができなくなり、走行に必要なパワーが大きくなったときにエンジンの運転を停止した状態で第２モータジェネレータからの動力のみによる走行を継続するとバッテリや二つのモータジェネレータなどのロスが大きくなるため、エンジンの効率や電気的なロスを考慮して車両のエネルギ効率がよくなるようにエンジンを始動したり停止したりする閾値を定めることが考えられるが、車両のエネルギ効率の更なる向上を図ることが望まれる。
【０００５】
本発明のハイブリッド自動車は、ハイブリッド自動車のエネルギ効率の向上を図ることを主目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
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。
【０００７】
本発明のハイブリッド自動車は、
エンジンと、動力を入出力可能な発電機と、前記エンジンの出力軸と前記発電機の回転軸と駆動輪に連結された駆動軸との３軸に３つの回転要素が接続された遊星歯車機構と、前記駆動軸に動力を入出力可能な電動機と、充放電可能なバッテリと、前記バッテリが接続された低電圧系と前記発電機および前記電動機が接続された高電圧系との間に介在して前記低電圧系の電圧に対して前記高電圧系の電圧を調整する電圧調整回路と、走行に要求される要求駆動力に対応する走行用パワーを前記エンジンから出力して前記要求駆動力により走行するエンジン運転走行を行なったときに前記走行用パワーが小さいほど前記エンジンの効率が該エンジンの最高効率よりも低くなることにより低下する車両のエネルギ効率と前記エンジンの運転を停止して前記電動機からの動力のみを用いて前記要求駆動力により走行する電動機走行を行なったときに前記走行用パワーが小さいほど前記発電機，前記電動機，前記バッテリ，前記電圧調整回路を含む電機駆動系のロスが小さくなることにより上昇する車両のエネルギ効率とが等しくなるときの前記走行用パワーを前記エンジンを始動したり停止したりする始動停止閾値として前記エンジンを間欠運転する際に、前記エンジン運転走行の最中に前記走行用パワーが前記始動停止閾値未満となったときには前記高電圧系の電圧が前記発電機および前記電動機の駆動状態に基づいて設定される目標電圧になるよう前記電圧調整回路を制御する電圧調整制御を伴って前記電動機走行が行なわれるよう前記エンジンと前記発電機と前記電動機とを制御し、前記電動機走行の最中に前記走行用パワーが前記始動停止閾値以上となったときには前記電圧調整制御を伴って前記エンジン運転走行が行なわれるよう前記エンジンと前記発電機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において、
前記制御手段は、前記電動機走行を行なったときに前記高電圧系の電圧が高いほど前記電機駆動系のロスが大きくなることにより車両のエネルギ効率が低下する車両の特性に基づいて前記高電圧系の電圧が高いほど小さくなるパワーを前記始動停止閾値として用いて制御する手段である、
ことを特徴とする。
【０００８】
この本発明のハイブリッド自動車では、走行に要求される要求駆動力に対応する走行用パワーをエンジンから出力して要求駆動力により走行するエンジン運転走行を行なったときに走行用パワーが小さいほどエンジンの効率がエンジンの最高効率よりも低くなることにより低下する車両のエネルギ効率とエンジンの運転を停止して電動機からの動力のみを用いて要求駆動力により走行する電動機走行を行なったときに走行用パワーが小さいほど発電機，電動機，バッテリ，電圧調整回路を含む電機駆動系のロスが小さくなることにより上昇する車両のエネルギ効率とが等しくなるときの走行用パワーをエンジンを始動したり停止したりする始動停止閾値としてエンジンを間欠運転する際に、エンジン運転走行の最中に走行用パワーが始動停止閾値未満となったときには高電圧系の電圧が発電機および電動機の駆動状態に基づいて設定される目標電圧になるよう電圧調整回路を制御する電圧調整制御を伴って電動機走行が行なわれるようエンジンと発電機と電動機とを制御し、電動機走行の最中に走行用パワーが始動停止閾値以上となったときには電圧調整制御を伴ってエンジン運転走行が行なわれるようエンジンと発電機と電動機とを制御する。さらに、電動機走行を行なったときに高電圧系の電圧が高いほど電機駆動系のロスが大きくなることにより車両のエネルギ効率が低下する車両の特性に基づいて高電圧系の電圧が高いほど小さくなるパワーを始動停止閾値として用いて制御する。これにより、高電圧系の電圧が高いほど電機駆動系のロスが大きくなることにより車両のエネルギ効率が低下する車両の特性を考慮しない始動停止閾値を用いて制御するものに比して、ハイブリッド自動車のエネルギ効率の向上を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】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。
【図２】高電圧系の電圧と走行用パワーとエンジン運転走行を行なったときのエンジン３２の効率とモータ走行を行なったときの電機駆動系のロスとに基づいてエンジン３２の始動停止閾値を設定する様子を説明する説明図である。
【図３】エンジン３２の始動停止閾値の一例を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
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。
【実施例】
【００１１】
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３２と、エンジン３２を駆動制御するエンジン用電子制御ユニット３６と、エンジン３２のクランクシャフト３４にキャリアが接続されると共に駆動輪２６ａ，２６ｂにデファレンシャルギヤ２４を介して連結された駆動軸２２にリングギヤが接続されたプラネタリギヤ３８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３８のサンギヤに接続されたモータ４１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２２に接続されたモータ４２と、モータ４１，４２を駆動するためのインバータ４３，４４と、インバータ４３，４４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４１，４２を駆動制御するモータ用電子制御ユニット４６と、例えば二次電池として構成されて充放電可能なバッテリ４８と、インバータ４３，４４が接続された電力ラインとバッテリ４８とに電気的に接続されてバッテリ４８の直流電力を昇圧してインバータ４３，４４側に供給したりインバータ４３，４４側の直流電力を降圧してバッテリ４８側に供給したりする昇圧回路４９と、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５２からのシフトポジション，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５４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５６からのブレーキポジション，車速センサ５７からの車速を入力すると共に昇圧回路４９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信号を出力し、エンジン用電子制御ユニット３６やモータ用電子制御ユニット４６と通信して車両全体を制御するハイブリッド用電子制御ユニット５０と、を備える。
【００１２】
実施例のハイブリッド自動車２０は、基本的には、ハイブリッド用電子制御ユニット５０によって実行される以下に説明する駆動制御によって走行する。ハイブリッド用電子制御ユニット５０では、まず、アクセルペダルポジションセンサ５４からのアクセル開度と車速センサ５７からの車速とに応じて走行のために駆動軸２２に要求される要求トルクを設定し、要求トルクに駆動軸２２の回転数（例えば、モータ４２の回転数や車速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を計算すると共に計算した走行用パワーからバッテリ４８の充電容量の割合（ＳＯＣ）に応じて得られるバッテリ４８を充放電するための補正パワー（バッテリ４８から放電するときが正の値）を減じてエンジン３２から出力すべきパワーとしてのエンジン指令パワーを設定する。そして、エンジン指令パワーをエンジン３２を始動したり停止したりするための始動停止閾値と比較し、エンジン３２の運転を停止しているときにエンジン指令パワーが始動停止閾値以上となったときにはエンジン３２を始動し、エンジン３２を運転しているときにエンジン指令パワーが始動停止閾値未満となったときにはエンジン３２の運転を停止する。エンジン３２の運転を継続しているときやエンジン３２を始動した後は、エンジン指令パワーを効率よくエンジン３２から出力することができるエンジン３２の回転数とトルク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３２の目標回転数と目標トルクとを設定し、バッテリ４８を充放電することができる最大電力としての入出力制限の範囲内で、エンジン３２の回転数が目標回転数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４１から出力すべきトルクとしてのトルク指令を設定すると共に、要求トルクからモータ４１をトルク指令で駆動したときにプラネタリギヤ３８を介して駆動軸２２に作用するトルクを減じて得られるトルクをモータ４２のトルク指令として設定する。そして、設定したエンジン３２の目標回転数と目標トルクとについてはエンジン用電子制御ユニット３６に送信し、モータ４１，４２のトルク指令についてはモータ用電子制御ユニット４６に送信する。目標回転数と目標トルクとを受信したエンジン用電子制御ユニット３６は、目標回転数と目標トルクとによってエンジン３２が運転されるようエンジン３２の吸入空気量制御や燃料噴射制御，点火制御などを実行し、モータ４１，４２のトルク指令を受信したモータ用電子制御ユニット４６は、モータ４１，４２がトルク指令で駆動されるようインバータ４３，４４のスイッチング素子をスイッチング制御する。これにより、基本的には、要求トルクに対応する走行用パワーをエンジン３２から出力して要求トルクにより走行すること（以下、エンジン運転走行という）ができる。一方、エンジン３２の運転停止を継続しているときやエンジン３２の運転を停止した後は、モータ４１のトルク指令に値０を設定すると共にバッテリ４８の入出力制限の範囲内で要求トルクをモータ４２のトルク指令に設定し、設定したモータ４１，４２のトルク指令をモータ用電子制御ユニット４６に送信する。モータ４１，４２のトルク指令を受信したモータ用電子制御ユニット４６は、モータ４１，４２がトルク指令で駆動されるようインバータ４３，４４のスイッチング素子をスイッチング制御する。これにより、エンジン３２の運転を停止してモータ４２からの動力のみを用いて要求トルクにより走行すること（以下、モータ走行という）ができる。実施例のハイブリッド自動車２０は、こうした制御により、エンジン３２の間欠運転を伴ってバッテリ４８の入出力制限の範囲内でバッテリを充放電しながらアクセル開度に応じた要求トルクを駆動軸２２に出力して走行する。
【００１３】
エンジン３２を間欠運転する際の始動停止閾値は、エンジン運転走行を行なったときに走行用パワーが小さいほどエンジン３２の効率がその最高効率よりも低くなることにより低下する車両のエネルギ効率と、モータ走行を行なったときに走行用パワーが小さいほどモータ４１，４２，インバータ４３，４４，バッテリ４８，昇圧回路４９などからなる電機駆動系のロス（例えば、スイッチング素子のスイッチングによる損失や充放電によるロスなど）が小さくなることにより上昇する車両のエネルギ効率と、が等しくなるときの走行用パワーとして予め実験や解析などにより定められた値が基本的に用いられる。
【００１４】
また、昇圧回路４９の制御は、ハイブリッド用電子制御ユニット５０によって前述の駆動制御と並列に実行される昇圧制御により行なわれる。昇圧制御では、モータ４１，４２の回転子の回転位置を検出する図示しない回転位置検出センサからの信号に基づいてモータ用電子制御ユニット４６により演算されたモータ４１，４２のそれぞれの回転数と駆動制御によって設定されたモータ４１，４２のそれぞれのトルク指令とを入力し、モータ４１の回転数とトルク指令とに基づいてモータ４１の定格電圧の範囲内で予め定めたマップを用いて昇圧回路４９よりインバータ４１，４２およびモータ４１，４２側（以下、高電圧系という）に要求する電圧を設定すると共に、モータ４２の回転数とトルク指令とに基づいて同様に高電圧系に要求する電圧を設定し、設定したそれぞれの電圧のうち大きい方を高電圧系の目標電圧（例えば、３００Ｖや５００Ｖ，６００Ｖなど）に設定する。そして、昇圧回路４９よりバッテリ４８側（以下、低電圧系という）の電圧（例えば２００Ｖなど）に対して高電圧系の電圧が目標電圧になるよう昇圧回路４９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。
【００１５】
実施例のハイブリッド自動車２０では、こうした昇圧制御により、モータ４１，４２の駆動状態に応じて高電圧系の電圧が異なるものとなることから、電機駆動系のロスも変動するものとなる。このため、エンジン３２を間欠運転する際の始動停止閾値として、電機駆動系のロスの変動を考慮せずに予め定められた一律の値（例えば高電圧系の電圧の平均値に基づくパワーなど）を用いるものとすると、車両のエネルギ効率の観点からは、エンジン３２を始動するタイミングや停止するタイミングが早すぎたり遅すぎたりする場合がある。図２に、高電圧系の電圧と走行用パワーとエンジン運転走行を行なったときのエンジン３２の効率とモータ走行を行なったときの電機駆動系のロスとに基づいてエンジン３２の始動停止閾値を設定する様子を示す。図中、走行用パワーの横軸より上側に示すように、走行用パワーに拘わらずにエンジン運転走行を行なったときに、エンジン３２から出力する走行用パワーが小さいほどエンジン３２の効率とその最高効率（燃費が最もよくなるときの効率）との差が大きくなることによって低下する車両のエネルギ効率と、走行用パワーの横軸より下側に示すように、走行用パワーに拘わらずにモータ走行を行なったときに、走行用パワーが小さいほど電機駆動系のロス（図中、ＨＶロス）が小さくなることによって上昇する車両のエネルギ効率とが等しくなる、即ち、エンジン３２の効率とその最高効率との差および電機駆動系のロスが釣り合うところがある。この釣り合い点は、高電圧系の電圧（図中、昇圧３００Ｖ，昇圧５００Ｖ）が高いほど電機駆動系のロスが大きくなり車両のエネルギ効率が低下するというハイブリッド自動車２０の特性から、高電圧系の電圧が高いほど、走行用パワーが低いところでの釣り合い点となり、この釣り合い点に相当する走行用パワーを始動停止閾値として用いるのである。
【００１６】
具体的には、高電圧系の電圧と始動停止閾値との関係を実験や解析などにより予め定めて始動停止閾値設定用マップとしてハイブリッド用電子制御ユニット５０のＲＯＭに記憶しておき、昇圧回路４９よりインバータ４３，４４側の電力ラインに取り付けられた図示しない電圧センサから高電圧系の電圧を入力すると共に入力した電圧をこの始動停止閾値設定用マップに適用して導出された始動停止閾値を用いて前述の駆動制御を行ない、エンジン３２の間欠運転を行なうことができる。図３に、始動停止閾値設定用マップにより設定される始動停止閾値の一例を示す。なお、この例では、車速に応じて若干異なる始動停止閾値を用いるものとしている。このように、実施例のハイブリッド自動車２０では、車両の特性に基づいて、高電圧系の電圧が高いほど小さくなるパワーを始動停止閾値として用いて駆動制御を行なうから、高電圧系の電圧の変化に拘わらずに定めた始動停止閾値を用いて駆動制御を行なうものに比して、車両のエネルギ効率の向上を図ることができる。
【００１７】
以上説明した実施例のハイブリッド自動車２０によれば、エンジン３２を間欠運転する際にエンジン３２を始動したり停止したりする始動停止閾値として、高電圧系の電圧が高いほど電機駆動系のロスが大きくなることにより車両のエネルギ効率が低下するハイブリッド自動車２０の特性に基づいて、高電圧系の高いほど小さくなるパワーを用いて駆動制御を行なうから、車両のエネルギ効率の向上を図ることができる。
【００１８】
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３２が「エンジン」に相当し、モータ４１が「発電機」に相当し、モータ４２が「電動機」に相当し、プラネタリギヤ３８が「遊星歯車機構」に相当し、バッテリ４８が「バッテリ」に相当し、昇圧回路４９が「電圧調整回路」に相当し、要求トルクに対応する走行用パワーと補正パワーとに基づくエンジン指令パワーが始動停止閾値以上のときにはエンジン指令パワーを出力する目標回転数と目標トルクとを設定してバッテリ４８の入出力制限の範囲内でエンジン３２の回転数を目標回転数とするモータ４１のトルク指令を設定すると共に要求トルクとモータ４１のトルク指令とに基づいてモータ４２のトルク指令を設定しエンジン指令パワーが始動停止閾値未満のときにはモータ４１のトルク指令に値０を設定すると共にバッテリ４８の入出力制限の範囲内で要求トルクをモータ４２のトルク指令に設定して両トルク指令をモータ用電子制御ユニット３６に送信する駆動制御を行ない、この駆動制御の始動停止閾値としてエンジン運転走行を行なったときに走行用パワーが小さいほどエンジン３２の効率がその最高効率よりも低くなることにより低下する車両のエネルギ効率とモータ走行を行なったときに走行用パワーが小さいほど電機駆動系のロスが小さくなることにより上昇する車両のエネルギ効率とが等しくなるときの走行用パワーであって高電圧系の電圧が高いほど電機駆動系のロスが大きくなることにより車両のエネルギ効率が低下するハイブリッド自動車２０の特性に基づいて高電圧系の電圧が高いほど小さくなるパワーを用いて駆動制御を行ない高電圧系の電圧がモータ４１，４２の駆動状態に基づいて設定される目標電圧になるよう昇圧回路４９を制御する昇圧制御を行なうハイブリッド用電子制御ユニット５０と目標回転数と目標トルクとによりエンジン３２を制御するエンジン用電子制御ユニット３６とトルク指令によりモータ４１，４２を制御するモータ用電子制御ユニット４６とが「制御手段」に相当する。
【００１９】
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。
【産業上の利用可能性】
【００２０】
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。
【符号の説明】
【００２１】
２０  ハイブリッド自動車、２２  駆動軸、２４  デファレンシャルギヤ、２６ａ，２６ｂ  駆動輪、３２  エンジン、３４  クランクシャフト、３６  エンジン用電子制御ユニット、３８  プラネタリギヤ、４１，４２  モータ、４３，４４  インバータ、４６  モータ用電子制御ユニット、４８  バッテリ、４９  昇圧回路、５０  ハイブリッド用電子制御ユニット、５２  シフトポジションセンサ、５４  アクセルペダルポジションセンサ、５６  ブレーキペダルポジションセンサ、５７  車速センサ。
【図１】
2010179806.tif 000003
【図２】
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【図３】
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