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【発明の名称】 パラレル・ハイブリッド車両の制御装置
【発明者】 【氏名】藤本 欽也

【氏名】松村 哲生
【要約】 【課題】内燃機関と走行用電動機と発電用電動機とバッテリとを備える車両において、バッテリの充電状態が低い場合および、バッテリの入出力可能電力が制限される場合でも、特に走行用電動機を使用する走行モードで運転者の要求する駆動力を実現できるようにする。

【解決手段】バッテリの充電状態が低い場合およびバッテリの入出力可能電力が制限される場合でも、電動機３を駆動するために必要な電力を、電動機９で発電する。電動機９で発電した電力とバッテリの出力可能電力との合計電力から、電動機３を駆動するために必要な電力を配分する。よって、バッテリの充電状態が低い場合およびバッテリの入出力可能電力が制限される場合でも、電動機３を駆動力源とする走行を可能とすることができる。
【特許請求の範囲】
【請求項１】燃料の燃焼によって作動する内燃機関と、前記内燃機関の出力を伝達・遮断するクラッチと、前記クラッチの出力軸に連結される駆動用の第一の電動機と、前記内燃機関の始動および発電を行う第二の電動機と、前記第一の電動機および前記第二の電動機に接続されたバッテリとを備え、前記内燃機関および前記第一の電動機のうちの少なくとも一方を駆動力源として走行するパラレル・ハイブリッド車両の制御装置において、前記第一の電動機または前記内燃機関および前記第一の電動機の両方を駆動力源として使用する走行時に、前記バッテリの出力可能電力が前記第一の電動機を駆動するために必要な電力以下の場合、前記第一の電動機を駆動するための発電電力を演算する発電量演算手段と、前記発電電力を前記第二の電動機により発電し、該発電電力と前記バッテリの出力可能電力との合計電力から前記第一の電動機を駆動するために必要な電力を配分する制御を行うことを特徴とするパラレル・ハイブリッド車両の制御装置。
【請求項２】請求項１に記載のパラレル・ハイブリッド車両の制御装置において、前記クラッチを開放し、前記第一の電動機を駆動力源として走行するモードの場合、前記発電量演算手段は、前記バッテリの入力可能電力と前記第一の電動機を駆動するために必要な電力とから大きい方を選択し発電電力とすることを特徴とするパラレル・ハイブリッド車両の制御装置。
【請求項３】請求項１に記載のパラレル・ハイブリッド車両の制御装置において、前記クラッチをスリップ係合するとともに、前記内燃機関および前記第一の電動機の両方を駆動力源として走行するモードの場合、前記発電量演算手段は、所定の発電量と前記バッテリの入力可能電力とから小さい方を選択し発電電力とすることを特徴とするパラレル・ハイブリッド車両の制御装置。
【請求項４】燃料の燃焼によって作動する内燃機関と、前記内燃機関の出力を伝達・遮断するクラッチと、前記クラッチの出力軸に連結される駆動用の第一の電動機と、前記内燃機関の始動および発電を行う第二の電動機と、前記第一の電動機および前記第二の電動機に接続されたバッテリとを備え、前記内燃機関および前記第一の電動機のうちの少なくとも一方を駆動力源として走行するパラレル・ハイブリッド車両であって、前記第一の電動機または前記内燃機関および前記第一の電動機の両方を駆動力源として使用する走行時に、前記バッテリの出力可能電力が前記第一の電動機を駆動するために必要な電力以下の場合、前記第一の電動機を駆動するための発電電力を演算する発電量演算手段と、前記発電電力を前記第二の電動機により発電し、該発電電力と前記バッテリの出力可能電力との合計電力から前記第一の電動機を駆動するために必要な電力を配分することを特徴とするパラレル・ハイブリッド車両。
【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明はパラレル・ハイブリッド車両の制御装置に係わり、特にバッテリの充電状態が低い場合およびバッテリの入出力可能電力が制限される場合でも、電動機による走行を可能とする技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、バッテリの充電状態や、バッテリの出力可能電力に応じて、電動機を駆動して走行を行い、バッテリの充電状態やバッテリの出力可能電力が低下した場合は、電動機による走行を制限するとともに、発電を開始し、バッテリの充電状態やバッテリの出力可能電力が回復したら、制限を解除するパラレル・ハイブリッド車両の制御装置が提案されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】ところで、かかるパラレル・ハイブリッド車両では、例えば連続して電動機を駆動力源とする走行を行いバッテリの充電状態が低下した場合やバッテリの出力可能電力が低下した場合は、電動機を駆動するための電力が制限され、従って電動機を駆動力源とする走行が困難となる場合があるという問題があった。
【０００４】本発明は、上記の問題点を解決するために、内燃機関と発電用の電動機と走行用の電動機とを備える車両の制御装置において、特に電動機を駆動に使用する走行モードの場合に、バッテリの充電状態が低下した場合やバッテリの出力可能電力が低下したときでも、運転者の要求する駆動力を出来る限り実現できるようにしたパラレル・ハイブリッド車両の制御装置を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】請求項１に記載した発明では、燃料の燃焼によって作動する内燃機関と、前記内燃機関の出力を伝達・遮断するクラッチと、前記クラッチの出力軸に連結される駆動用の第一の電動機と、前記内燃機関の始動および発電を行う第二の電動機と、前記第一の電動機および前記第二の電動機に接続されたバッテリとを備え、前記内燃機関および前記第一の電動機のうちの少なくとも一方を駆動力源として走行するパラレル・ハイブリッド車両の制御装置において、前記第一の電動機または前記内燃機関および前記第一の電動機の両方を駆動力源として使用する走行時に、前記バッテリの出力可能電力が前記第一の電動機を駆動するために必要な電力以下の場合、前記第一の電動機を駆動するための発電電力を演算し、前記発電電力を前記第二の電動機により発電し、該発電電力と前記バッテリの出力可能電力との合計電力から前記第一の電動機を駆動するために必要な電力を配分する。
【０００６】請求項２に記載した発明では、請求項１に記載のパラレル・ハイブリッド車両の制御装置において、前記クラッチを開放し、前記第一の電動機を駆動力源として走行するモードの場合、前記バッテリの入力可能電力と前記第一の電動機を駆動するために必要な電力とから大きい方を選択し発電電力とする。
【０００７】請求項３に記載した発明では、請求項１に記載のパラレル・ハイブリッド車両の制御装置において、前記クラッチをスリップ係合するとともに、前記内燃機関および前記第一の電動機の両方を駆動力源として走行するモードの場合、所定の発電量と前記バッテリの入力可能電力とから小さい方を選択し発電電力とする。
【０００８】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施例を図面に基づき詳細に説明する。図１は、本発明の一実施形態が適用されるパラレル・ハイブリッド車両の構成を示す図である。図１において、内燃機関１の主軸には駆動用の第一の電動機３が直結されており、内燃機関１および／または第一の電動機３の駆動力は自動変速機４を介して車両の車軸に伝達される。また、電磁クラッチ２により内燃機関１と第一の電動機３間の動力伝達を接続、遮断することによって車両の駆動力源を切りかえる。自動変速機４の変速比を変える油圧ポンプ５は、第三の電動機６で駆動される。また、内燃機関１のクランク軸には発電および始動補助用の第二の電動機９がベルトを介して連結されている。電動機３，電動機６及び電動機９は、インバータ７を経てバッテリ８に接続されている。バッテリ８は、内燃機関１によって駆動される第二の電動機９が発生する電力を充電するとともに、インバータ７を介して第一の電動機３に電力を供給するための充電および放電の繰り返しにより長期間にわたる使用を可能にした二次電池である。
【０００９】内燃機関１は、内燃機関制御ユニット（ＥＣＭ）１０で制御される。また、クラッチ２はクラッチ制御ユニット（ＣＬＵ／ＣＵ）１１で、インバータ７は電動機制御ユニット（Ｍ／Ｃ）１２で制御される。さらに、バッテリ８はバッテリコントロールユニット（Ｂ／Ｃ）１３で制御され、自動変速機４はＣＶＴ制御ユニット（ＣＶＴ／ＣＵ）１４で制御される。１５は各制御ユニットを統合制御する統合制御ユニットである。
【００１０】バッテリコントロールユニット（Ｂ／Ｃ）１３は、バッテリ８の充電量を検出する充電量検出手段を有し、電動機制御ユニット（Ｍ／Ｃ）１２は、電動機３の出力トルクおよび電動機９の発電量を制御する手段を有し、統合制御ユニット１５は、車速を検出する車速検出手段と、アクセル操作量を検出するアクセル検出手段を有し、車速検出手段により検出される車速と、アクセル検出手段により検出されるアクセル開度とから、駆動に必要な電力を演算する手段と、発電量を演算する発電量演算手段と、電力配分を行う電力配分手段とを有する。充電量検出手段，電動機の発電量を制御する手段，走行用電動機の出力トルクを制御する手段，車速検出手段、アクセル検出手段，駆動に必要な電力を演算する手段、発電量演算手段および、電力配分手段は、マイクロコンピュータのメモリに保持されＣＰＵで実行されるプログラムと、メモリに保持されプログラムの実行に必要なデータ等により構成される。
【００１１】内燃機関１の状態はマイコン等で構成される統合制御ユニット１５により監視され、吸気温度や内燃機関回転数，内燃機関出力値などが統合制御ユニット１５へ入力される。また、車速やアクセル開度，シフトポジション信号も総合制御ユニット１５へ入力され車両の走行モードを決定する。電動機３および電動機９は、総合制御ユニット１５からの指令に基づきインバータ７を動作させて回転磁界を形成し、モータあるいはジェネレータとして機能させる。具体的には、内燃機関始動時や加速時には総合制御ユニット１５からのアクセル開度信号に基づいて電動機３および電動機９を機能させ、制動時にはジェネレータとして機能させてバッテリ８に回生電力を供給し蓄電する。なお、バッテリ８に蓄積された電気エネルギは、電動機３および電動機９用の電力を供給するほか、ＤＣ−ＤＣコンバータなどを介してエアコンなどの補機類の電力にも用いられる。
【００１２】図２は、シフトポジションに従って車両の動作モードを切り替えるための、運転モード判定フローチャート（１００）である。シフトポジションに応じて、４つの運転モードのうち１つを選択し、選択したモードに従い車両の駆動力を制御する。図３（１０８）および図４（１１０）に示すように、運転モード１と運転モード４は、車両を停止するモードである。
【００１３】図５は、図２に示す運転モード判定フローチャート（１００）において、シフトポジションＲレンジを判定し、運転モード２（１０４）を選択した場合の処理を示すフローチャート（１１２）である。運転モード２は、後退走行を行うモードであり、図１に示すように本実施例における車両は、後退ギアを設けておらず、後退はクラッチ２を開放し、電動機３を駆動力源として使用する。
【００１４】運転モード２では、バッテリ８の充電状態（ＳＯＣ）が、所定値α以上の場合、バッテリ８の電力を使用し、運転者の要求に応じて電動機１により後退走行を行う。前記αは、ＳＯＣとバッテリ８の出力可能電力との関係から、バッテリ８の出力可能電力が制限されず取り出せるＳＯＣの下限値に設定するのが望ましい。ＳＯＣが所定値α未満（１１３）の場合、運転者の要求より求めた電動機１を駆動するための要求出力（Ｐｄ）とバッテリ８の出力可能電力（Ｐｏ）を比較し、運転者の要求に応じた電動機１の駆動がバッテリ８からの電力で実現できる場合、すなわち、Ｐｄ≦Ｐｏの場合は、発電を行わず、すなわち、バッテリ８の電力から電動機１を使用するための電力配分（１１６）を行い、運転者の要求に応じて電動機１により後退走行を行う。
【００１５】運転者の要求に応じた電動機１の駆動がバッテリ８からの電力で実現できない場合、すなわち、Ｐｄ＞Ｐｏの場合は、図６に示す、発電制御サブルーチンへ制御を移して(１１８）、不足分の電力を発電するための発電量を演算し(１１９）、内燃機関１出力トルクを制御する（１２０）とともに、内燃機関１出力トルクを用いて電動機９により発電を実施する（１２１）。
【００１６】図７に、本実施例における要求出力（１２９）の演算手段を示す。アクセル開度（１２２）と車速（１２５）から要求出力マップを参照し、アクセル開度（１２２）と車速（１２５）に応じた要求出力トルク（１２３）を求める。次に、要求出力トルク（１２３）と車速（１２５）、変換定数（１２８）とから要求出力（Ｐｄ）（１２９）を演算する。同時に、運転モード２であるので、要求出力トルク（１２３）と、変速比（１２６）、変換定数（１２７）とから、要求トルク（Ｔｄ）（１３６）を演算する。
【００１７】図８に、本実施例における発電量演算手段を示す。運転モード２の発電量（Ｐｇ）（１４４）は、要求出力（Ｐｄ）（１３７）に従って電動機１を駆動するために必要な電力の不足分電力である、要求出力（Ｐｄ）（１３７）と、バッテリ８の出力可能電力（Ｐｏ）（１３８）との差分Ｐｄ−Ｐｏと、バッテリ８の入力可能電力（Ｐｉ）（１３９）との大きいほうを選択する（１４２）。Ｐｄ−Ｐｏと、バッテリ８の入力可能電力（Ｐｉ）（１３９）との大きいほうを選択し発電量とすることにより、不足分電力がＰｉ（１３９）未満の場合は、発電量Ｐｉ（１３９）で発電を行い、バッテリ８も充電する。一方、不足分電力がＰｉ（１３９）以上の場合は、不足分電力に応じた発電を行い、発電した電力は全て電動機１を駆動する電力として配分するため、バッテリの充電状態は変化しない。図９に示すように、バッテリ８の入力可能電力（Ｐｉ）（１４８）およびバッテリ８の出力可能電力（Ｐｏ）（１４９）は、ＳＯＣ（１４５）やバッテリ温度（１４６）等から、所定のバッテリ入出力可能電力演算手段（１４７）により演算される。
【００１８】図１０に、本実施例における内燃機関１出力トルク制御手段を示す。前記発電量（Ｐｇ）（１５０）に応じて、内燃機関１出力トルクおよび内燃機関１回転数を求め、内燃機関１の運転点を決定する。ＥＣＭ１０により内燃機関１の出力トルクを制御する（１５６）とともに、前記内燃機関１回転数となるよう、電動機９により回転数を制御（１５７）して、電動機９により前記発電量（Ｐｇ）の発電を行う。電動機９の発電電力（Ｐｂ）は、図１１に示すように、電動機９のトルク推定値（１５８）と、電動機９の回転数（１５９）とから、所定の電動機発電電力演算手段（１６０）により演算する。
【００１９】図１２に、本実施例における電力配分手段を示す。前記電動機９の発電電力（Ｐｂ）（１６２）と、バッテリ８の出力可能電力（Ｐｏ）（１６３）とを合計し電動機３の駆動可能電力（１６４）とする。図１３に示すように、電動機３制御手段では、前記電動機３の駆動可能電力（１６７）と、電動機３の回転数（１６９）とより、電動機３駆動マップ（１７０）を参照し、電動機３の駆動可能トルク（１７１）を求め、前記電動機３の駆動可能トルク（１７１）と、前記電動機３の駆動トルク（Ｔａ）（１６７）の小さいほうを選択し、電動機３のトルク指令値（１７３）とする。前記電動機３のトルク指令値（１７３）に従い、電動機３の駆動トルクを制御することで、バッテリ８の出力可能電力（Ｐｏ）と、電動機９により発電した電力（Ｐｂ）との合計電力で電動機３を駆動でき、バッテリ８の充電状態が低くバッテリ８の出力可能電力が低下した場合でも、運転者の要求に応じた、電動機３による駆動が可能となる。
【００２０】図１４は、図２に示す運転モード判定フローチャート（１００）において、シフトポジションＤレンジを判定（１０５）し、運転モード３を選択（１０６）した場合の処理を示すフローチャート（１７４）である。運転モード３は、前進走行を行うモードであり、基本的に車速により駆動力源を、内燃機関１と電動機３の間で切り替える。車速Ｖが、所定値Ｖ1 以上の場合、クラッチ２を締結し、要求出力に応じて内燃機関１の出力トルクを制御し、内燃機関１を駆動力源として走行する。車速Ｖが、所定値Ｖ1 未満の場合、ＳＯＣが所定値α以上でかつ要求出力（Ｐｄ）が、バッテリ８の出力可能電力（Ｐｏ）で実現できるとき、すなわちＰｄ≦Ｐｏのときは、クラッチ２を開放し、内燃機関１の負荷を切り離し電動機３を駆動力源として走行する。
【００２１】要求出力（Ｐｄ）がバッテリの出力可能電力（Ｐｏ）で実現できないとき、すなわちＰｄ＞Ｐｏのときは、クラッチ２をスリップ係合しながら内燃機関１出力トルクを駆動軸に伝達しつつ走行する構成が考えられるが、図１に示す本実施例の車両のように、トルクコンバータ等の動力増幅機構を備えない車両では、内燃機関１の出力トルクのみで車両の駆動を実現しなければならず、例えば坂道での発進などのように大きな駆動力を要求される場合に駆動力不足となり、十分な登坂性能が達成できない場合がある。そこで、内燃機関１の出力トルクに加えて電動機３によりトルクを発生しアシストをおこなうことで、駆動力不足を補う方法がある。しかしながら、バッテリ８の充電量が低い場合や、バッテリ８の出力可能電力が低い場合には、電動機３をほとんど駆動することができないという問題がある。
【００２２】本実施例では、内燃機関１の出力トルクの一部を用いて電動機９により発電を行い、発電した電力とバッテリ８からの出力可能電力の合計電力を、電動機３を駆動するために配分し、バッテリ８の充電量が低い場合や、バッテリ８の出力可能電力が低い場合でも、電動機３を要求に応じて駆動できるようにし、前述の問題を解決できることを示す。図１５に、車速Ｖが、所定値Ｖ1 未満かつ、ＳＯＣが所定値α未満かつ要求出力（Ｐｄ）が、バッテリ８の出力可能電力（Ｐｏ）で実現できないとき、すなわちＰｄ＞Ｐｏのときの制御を行う駆動制御サブルーチン（１８４）を示す。
【００２３】図８に示した発電量演算手段の、モード３の場合の処理、すなわち、バッテリ８の入力可能電力（Ｐｉ）（１３９）と所定の発電量（Ｐｋ）（１４０）との小さいほうを発電量（Ｐｇ）（１４４）として選択（１４３）する。
【００２４】図１５に示す、内燃機関１制御（１８６）では、図７において演算するモード３のときの、要求トルク（Ｔｄ）(１３６）、すなわち要求出力トルク(１２３）に発電量（Ｐｇ）を実現する内燃機関トルク分を加えた内燃機関１出力トルク（１３０）をＥＣＭ１０に指令し、内燃機関１を制御するとともに、電動機９により発電量（Ｐｇ）分だけ発電を行う。このとき、クラッチ２は、スリップ係合しながら、内燃機関１の発生トルクのうち発電分のトルクを減じた分を車輪に伝達する。図１２に示す、電力配分手段で、電動機９の発電電力（Ｐｂ)(１６２）と、バッテリ８の出力可能電力（Ｐｏ）（１６３）との合計電力から、電動機３の駆動可能電力（Ｐａ）（１６４）を演算する。図７に示すように、要求出力トルク（１２３）からクラッチをスリップしているときのクラッチ伝達トルク（１３４）を減じたものを電動機３の駆動トルク（Ｔａ）（１３５）とし、図１３に示すように、前記電動機３の駆動トルク（Ｔａ）（１６７）と、前記電動機３の駆動可能電力（Ｐａ）（１６８）と、前記電動機３の回転数（１６９）とから電動機３のトルク指令値（１７３）を演算し、電動機３を駆動する。これにより、モード３では、要求出力（Ｐｄ）がバッテリの出力可能電力（Ｐｏ）で実現できないとき、すなわちＰｄ＞Ｐｏのときは、内燃機関１の一部のトルクを用いて電動機９により発電を行い、発電分電力と、バッテリ８の出力可能電力との合計電力で、電動機３を駆動するとともに、クラッチをスリップ係合し、発電に用いられない内燃機関１のトルクを車輪に伝達し、電動機３と内燃機関１を駆動力源としながら走行する。
【００２５】なお、本発明は図１のパラレル・ハイブリッド方式に限定されず、内燃機関，クラッチ、および２つの電動機を備え一方の電動機で、内燃機関の発生するトルクにより発電を行い、他方の電動機で走行を行うことが可能であるような、内燃機関と２つの電動機を備えている種々のタイプのハイブリッド車両に適用され得る。また、本発明は少なくとも電動機を駆動力源とする走行時の制御に関するものであるが、出力要求度やバッテリの充電状態ＳＯＣなどの運転状態により、内燃機関のみを駆動力源として走行する走行モードなど他の走行モードを実施するようになっていても良い。
【００２６】
【発明の効果】本発明によれば、バッテリの充電量が低い場合あるいは、バッテリの入出力可能電力が低い場合において、車両が電動機を使用する走行モードのとき、車速やアクセル開度等から演算して求めた電動機を駆動するために必要な電力が、バッテリからの出力可能電力で達成できないと判断した場合、内燃機関出力トルクを制御することにより電動機を駆動するための電力を発電用の電動機で発電する。発電した電力とバッテリからの出力可能電力の合計電力から、走行用の電動機を駆動するための電力を配分する。バッテリへの入力可能電力が小さい場合でも、発電した電力は、電動機で走行するために使用され、バッテリへ入力可能電力以上の電力が蓄電されることのないように制御を行う。このため、バッテリからの出力可能電力が低い場合や、バッテリへの入力可能電力が小さい場合でも、運転者の要求する駆動力を概ね実現可能となる。
【出願人】 【識別番号】０００００５１０８
【氏名又は名称】株式会社日立製作所
【出願日】 平成１２年３月２２日（２０００．３．２２）
【代理人】 【識別番号】１０００７５０９６
【弁理士】
【氏名又は名称】作田 康夫
【公開番号】 特開２００１−２６８７１２（Ｐ２００１−２６８７１２Ａ）
【公開日】 平成１３年９月２８日（２００１．９．２８）
【出願番号】 特願２０００−８４６９２（Ｐ２０００−８４６９２）