トップ :: B 処理操作 運輸 :: B60 車両一般




【発明の名称】 ハイブリッド動力装置
【発明者】 【氏名】荒木 智彦

【氏名】土方 禎人

【氏名】小野澤 禎之
【要約】 【課題】内燃機関と電動機が負荷出力を分担して動作しているときに、充電情報などの状態入力の変化により負荷分担率を定める制御マップが変更されると、定常状態の内燃機関の動作音が急に変化することになる。このとき運転者はみずから何ら運転操作をしていないのに内燃機関の動作状態が変化するので、これを動作異常ではないかと錯誤することがある。

【解決手段】制御マップの変更を入力する状態情報の変化にともないただちに実行するのではなく、つぎにアクセルペダルが解放され、あるいは車両動力に影響のない状態になるのを待って実行する。これにより内燃機関の動作音が急に変化するようなことはなくなる。
【特許請求の範囲】
【請求項１】内燃機関と、電動発電機と、蓄電手段と、この蓄電手段の電気エネルギを前記電動発電機に供給するインバータと、このインバータを制御する制御回路とを備えたハイブリッド動力装置において、前記制御回路には、前記内燃機関および前記電動発電機が分担する出力トルク分担特性について複数の制御マップが設定され、状態入力にしたがってこの制御マップの一つを選択して前記電動発電機が分担する出力トルクを制御する手段を備え、前記制御マップの選択を切替えるタイミングが、１）前記内燃機関のアクセル開度がほぼ最小の状態にあるとき、２）前記内燃機関の回転速度がほぼアイドリング速度であるとき、３）クラッチが切断状態にあるとき、４）変速機がニュートラル位置にあるとき、のいずれかに設定されたことを特徴とするハイブリッド動力装置。
【請求項２】前記制御マップの選択を切替えるタイミングが、１）前記内燃機関のアクセル開度がほぼ最小の状態にあり、かつ２）前記内燃機関の回転速度がほぼアイドリング速度であるとき、または、３）クラッチが切断状態にあり、かつ４）変速機がニュートラル位置にあるとき、に設定された請求項１記載のハイブリッド動力装置。
【請求項３】前記アクセル開度がほぼ最小の状態にあることは、前記アクセル開度が時間ｔ以上にわたり継続して所定以下の状態にあることにより検出され、その時間ｔは、０＜ｔ≦１秒、に設定された請求項１または２記載のハイブリッド動力装置。
【請求項４】前記特定の状態入力は、前記蓄電手段の充電容量の情報を含む請求項１または２記載のハイブリッド動力装置。
【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、内燃機関および電動機を併用するハイブリッド動力装置の制御に関する。本発明は、ハイブリッド自動車に搭載する動力装置として開発されたものであるが、内燃機関および電動機により出力負荷を分担するハイブリッド動力装置に広く利用することができる。
【０００２】
【従来の技術】ハイブリッド自動車には内燃機関および電動発電機が搭載される。そしてこの自動車が走行加速するときには、内燃機関には燃料を供給し、電動発電機はその動作モードを電動機として動作させるとともに、この電動機には蓄電手段（バッテリまたは大容量コンデンサ）から電気エネルギを供給して、必要な負荷トルクを内燃機関および電動機からともに発生させるように制御することができる。このような構成の装置で、代表的な例を示すと電動発電機は交流回転機であり、この回転機と蓄電手段との間には、蓄電手段の出力直流電流を回転機に必要な交流電流に変換するインバータが設けられている。そして、このインバータはプログラム制御回路により制御される。このプログラム制御回路は、出力駆動軸の回転速度に合わせて回転機に供給する交流の周波数を制御することにより、電動発電機を電動機としてまたは発電機として動作させることができる。電動発電機が電動機として動作しているときに、その多相交流の周波数を制御することにより、電動機の発生トルクを制御して、内燃機関とその電動機との負荷トルクの分担を調節制御することができる。
【０００３】このプログラム制御回路には、この負荷トルクの分担を制御するための制御マップが設定記憶されている。この制御マップは、走行に必要な全負荷トルクについて、出力駆動軸の回転速度に対応して、その何％のトルクを内燃機関が負担し、何％のトルクを電動機として作用する電動発電機が負担するかを定めるものである。そして、この制御マップはそれぞれ異なる分担特性が記録された複数の制御マップが用意されていて、これを状態に応じて選択し切替えて利用するように構成されている。この複数の制御マップが用意されている一つの理由は、蓄電手段の充電状態によりその制御を変更しようとするものである。蓄電手段に十分な充電容量があるときには、必要な負荷トルクのうちの大部分を電動発電機が分担するように制御して、内燃機関が発生する排出ガスの量および走行騒音を小さくするように制御することができる。しかし、蓄電手段に充電されている電気エネルギの残量が小さくなったときには、内燃機関が分担する負荷トルクを大きく制御して、蓄電手段の電気エネルギが利用不能になるような事態を回避することが必要である。
【０００４】この蓄電手段の残存容量を監視して、異なる出力トルク特性の制御マップを選択する手法については、本願出願人の二つの先願（特開平４−３２５７３６号公報、特開平１１−１９０２３７号公報）に詳しい説明がある。
【０００５】このような負荷分担の制御を行うための制御マップをあらかじめ複数用意しておき、運転状態に応じてその最適な特性のものを選択して制御を実行する装置は、上記説明の蓄電手段の充電容量の状態によるものにかぎらず、車速、変速機の状態、内燃機関の温度その他の状態情報により制御マップを切替えて制御することができる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】このような装置で、内燃機関および電動機として作用している電動発電機がともに動作し、上述のように出力負荷を分担して車両を駆動走行させている状態にあるときに、状態入力に変化があって自動的に制御マップの切替えが行われることがある。この制御マップの切替えが、たとえば変速機の切替えなど運転操作に伴うときには問題ないが、上記説明のように蓄電手段の残存充電容量の状態にしたがって制御マップの切替えが行われる場合などには、運転者が変化を予期していないときに内燃機関の出力が変更され、これに伴い内燃機関の発生音が急に変化することがある。これは正常な現象であるにもかかわらず、運転者は機関の調整がどこかくるっているのではないかとの疑念をもつことになる。
【０００７】本発明はこのような背景に行われたものであって、安定な走行状態にあるときに制御マップの切替えにもとづき内燃機関の発生音が変化するようなことがない、ハイブリッド動力装置を提供することを目的とする。本発明は、運転者が疑念をもつような内燃機関の発生音の変化が生じることのないハイブリッド動力装置を提供することを目的とする。本発明は、運転者のドライバビリティを向上することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明は、内燃機関と電動機として作用する電動発電機とのトルク分担を決定する制御マップを変更するタイミングを実質的に内燃機関の負荷出力がないときに実行することを特徴とする。すなわち、クラッチまたは変速機の操作など運転操作に伴い、クラッチが切断状態にあるとき、変速機がニュートラル位置にあるとき、アクセル開度が最小であるとき、内燃機関の回転速度がアイドリング速度にあるとき、のいずれかに実行するように構成することを最大の特徴とする。
【０００９】すなわち本発明は、内燃機関（１）と、電動発電機（２）と、蓄電手段（３）と、この蓄電手段（３）の電気エネルギを前記電動機（２）に供給するインバータ（４）と、このインバータ（４）を制御する制御回路（５）とを備えたハイブリッド動力装置において、前記制御回路（５）には、前記内燃機関（１）および前記電動機（２）の出力トルク分担特性について複数の制御マップが設定され、状態入力にしたがってこの制御マップの一つを選択して前記電動機が分担する出力トルクを制御する手段を備え、前記制御マップの選択を切替えるタイミングが、１）前記内燃機関のアクセル開度がほぼ最小の状態にあるとき、２）前記内燃機関の回転速度がほぼアイドリング速度であるとき、３）クラッチが切断状態にあるとき、４）変速機がニュートラル位置にあるとき、のいずれかに設定されたことを特徴とする。
【００１０】上記括弧内の数字は後から説明する実施例装置の図面参照数字である。これは発明の構成を理解しやすいように付すものであって、発明を実施例に限定して理解するためのものではない。
【００１１】上記１）ないし４）のタイミングはいずれも内燃機関の負荷出力がないタイミングである。このタイミングで制御マップを変更しても、内燃機関に負荷出力がないから内燃機関の発生音には変化がなく、運転者は疑念を生じることがない。
【００１２】前記アクセル開度がほぼ最小の状態にあることは、前記アクセル開度が時間ｔ以上にわたり継続して所定以下の状態にあることにより検出するように構成することが望ましい。そしてその時間ｔは、０＜ｔ≦１秒、すなわち数百ミリ秒に設定された構成とすることが望ましい。
【００１３】上記制御マップの選択を切替えるタイミングは、上記１）ないし４）に記載のいずれのタイミングでもよいが、上記１）および２）が同時に成立するタイミングに設定することが最も有効である。すなわち、内燃機関のアクセル開度がほぼ最小にあり、かつ、内燃機関の回転速度がほぼアイドリング速度であるときには、制御マップの切替えが実行されても、実質的に内燃機関はアイドリング速度で回転しているから内燃機関の発生音に変化はない。
【００１４】上記３）クラッチが切断状態にあるとき、または上記４）変速機がニュートラル位置にあるとき、については、これも上記３）および４）が同時に成立するタイミングとすることが実用上有効である。３）クラッチが切断状態にあるとき、および４）変速機がニュートラル位置にあるときは、いずれも原則的に運転者の運転操作が行われているタイミングである。そして、この３）および４）が同時に成立するタイミングは、確実に内燃機関の出力負荷がない状態であり、しかもクラッチが切れかつ変速機がニュートラルになっているタイミングは、そのあとクラッチまたは変速機が操作されたとしても、内燃機関の出力負荷がない状態がさらに継続する可能性の高いタイミングである。このタイミングで制御マップの切替えを実行することにより、内燃機関の発生音に変化は生じない。かりにクラッチまたは変速機を操作しているタイミングに、内燃機関の発生音に変化があっても、運転者はそれは自らの操作によるものであるとして異常ではないかとの疑問をもつことはない。
【００１５】すなわち、さまざまな状況下で繰り返し試験を行ったところ、前記制御マップの選択を切替えるタイミングが、１）前記内燃機関のアクセル開度がほぼ最小の状態にあり、かつ２）前記内燃機関の回転速度がほぼアイドリング速度であるとき、または、３）クラッチが切断状態にあり、かつ４）変速機がニュートラル位置にあるとき、とすることが実用的に最も望ましいことがわかった。
【００１６】前記アクセル開度がほぼ最小の状態とは、厳密に最小の位置でなくともよいことを意味する。すなわち現実的にはアクセル開度が小さいある値（ａ0 ）以下であって、制御マップの切替えにより内燃機関の発生音に運転者が気づくほどの大きい変化がない程度である場合も含まれる。内燃機関のアイドリング速度についても同様に、制御マップの切替えにより内燃機関の発生音に大きい変化がない程度の機関回転速度の値（ｒ0 ）以下である場合も含まれる。
【００１７】
【発明の実施の形態】図１は本発明実施例装置のブロック構成図である。この装置は内燃機関１の出力駆動軸に電動発電機２が連結され、この電動発電機２が電動機として動作するときに、内燃機関１と電動機がともに出力トルクを発生することができる。電動発電機２の出力側には、クラッチ６および変速機７が連結されている。
【００１８】電動発電機２の界磁巻線はインバータ４の交流側端子に接続され、インバータ４の直流側端子は蓄電手段（この例ではバッテリ）３に接続されている。このインバータ４はプログラム制御回路を含む制御回路５により制御される。この制御回路５には、入出力インターフェース（Ｉ／Ｏ）を介して、内燃機関１の回転情報１１、蓄電手段３の充電状態情報１３、ブレーキペダル１２の操作情報、アクセルセンサ１４のアクセル開度情報、変速機７のギヤ位置情報１７、車速情報１８、およびクラッチスイッチ１９を電気信号として取り込む。内燃機関１には電子ガバナ８および燃料ポンプ９を備え、これらにより内燃機関１に供給される燃料が制御される。
【００１９】電動発電機２の界磁巻線に供給される三相交流の位相回転速度（周波数）は、制御回路５によりリアルタイムに制御される。この位相回転速度が内燃機関１の回転速度より大きいときには、電動発電機２は電動機となる。このとき蓄電手段３の電気エネルギが電動発電機２に供給される。またこの位相回転速度が内燃機関１の回転速度より小さいときには、この電動発電機２は発電機となる。このときには、変速機７およびクラッチ６を介して与えられる機械エネルギ（電気制動）、または内燃機関１から与えられる機械エネルギ（自己充電）により電気エネルギが発生し、この電気エネルギはインバータ４により直流に変換され蓄電手段３を充電する。この装置は、ブレーキペダル１２の操作、アクセルペダルの操作、および車両の走行状態にしたがって、電動発電機２が電動機として動作しあるいは発電機として動作して、さまざまなモードで運転することができる。
【００２０】本発明の特徴ある動作は、内燃機関１が回転駆動出力を発生し、電動発電機２が電動機として動作しているときにある。すなわち、内燃機関１と電動機が共同して駆動出力を発生しているときである。図２にこのときの制御マップを例示する。制御マップＡは、車両を駆動するための必要な全負荷トルクのほぼ７５％を内燃機関１が分担し、残りを電動機が分担する場合である。制御マップＢは、全負荷トルクのほぼ５０％を内燃機関１が分担している場合である。いま電動発電機２が電動機として動作し、制御マップＢにより制御されて、その発生するトルクにより必要な全負荷トルクのほぼ半分を分担しているものとする。このときに蓄電手段３の充電状態情報１３が残存充電容量が小さくなっている旨の情報を発生したものとする。そうすると、制御マップＢを設定している状態から、制御マップＡを設定する状態に切替えることが必要である。
【００２１】この実施例装置ではこの制御マップ切替え指令により、ただちに制御マップの切替えを行うのではなく、つぎにアクセルペダルが解放されその開度が零になり、内燃機関１の回転速度がほぼアイドリング速度になったとき、あるいは運転操作によりクラッチペダルが踏まれ変速機がニュートラル位置に操作されたときまで待ってからこの切替えを実行する。このように構成することにより、内燃機関１の回転音が運転者の予期しないときに急に変化するようなことはなくなる。
【００２２】図３は本発明実施例装置の要部制御フローチャートである。すなわち、マップ切替えが指令されたときに、アクセル開度ａを取込み、その開度があらかじめ設定された所定値ａ0 以下であるかを検出し、所定値ａ0 以下である状態が時間ｔにわたり継続するときにはじめてこれが有効になる。このとき内燃機関１の回転速度ｒおよびクラッチスイッチの状態cを取込み、回転速度ｒがあらかじめ設定された所定値ｒ0 以下であり、クラッチスイッチｃの状態がクラッチ切りの状態であるときに制御マップの切替えを実行する。つまり、走行中に制御マップ切替えを実行すべき状態になっても、この実行を一時保留して、つぎに上述の条件が成立するまで待ってから制御マップの切替を実行する。このように構成することにより、制御マップの切替えに伴い運転者が何かの異常ではないかと疑念を抱くことがなくなる。すなわちドライバビリティを向上することができる。
【００２３】上記説明は負荷分担が約５０％のものと同じく約７５％のものとの切替えについて説明したが、実用的な装置では負荷分担のさまざまな数値についていくつかの制御マップを保持し、これの一つを利用するように構成されているものであり、これらの切替えについても同様に本発明を実施することができる。
【００２４】さらに上記説明の制御マップは、分かりやすいように連続的な曲線で表示されるグラフを例示したが、現実のプログラム制御回路に設定される制御マップは、必ずしも一つの平面にグラフとして二次元的に描くことができる形態であるとは限らない。一般に、プログラム制御回路に設定される制御マップは不連続なディジタル情報であり、関数情報である場合にも二次元情報に限らず一般に多次元情報である。上記説明の「制御マップ」は、これらの制御の基準となるさまざまな制御関数についての記憶情報を含めて制御マップと表現したものである。
【００２５】上記実施例は、電動機は電動発電機の一つの動作モードであると説明したが、本発明はこれに限るものではない。独立の電動機を装備する装置について同様に実施することができる。また、上記実施例図面は電動発電機２が内燃機関１に直結する構造の装置を図示したが、本発明はこれに限るものでなく、内燃機関１と電動発電機２との間にクラッチを備えるもの、電動発電機が内燃機関とは独立に装備されクラッチあるいはギヤで駆動軸に連結される構造のもの、その他の構造のものにも同様に実施することができる。
【００２６】
【発明の効果】本発明により、安定な走行状態にあるときに制御マップの切替えにともない内燃機関の発生音が変化するようなことがないハイブリッド動力装置が得られる。また内燃機関の発生音の変化により、運転者が動作に疑念を持つようなことのないハイブリッド動力装置が得られ、この装置を自動車に装備するときに、運転者のドライバビリティを向上することができる。
【出願人】 【識別番号】０００００５４６３
【氏名又は名称】日野自動車株式会社
【出願日】 平成１３年２月２６日（２００１．２．２６）
【代理人】 【識別番号】１０００７８２３７
【弁理士】
【氏名又は名称】井出 直孝 （外１名）
【公開番号】 特開２００２−２５２９０４（Ｐ２００２−２５２９０４Ａ）
【公開日】 平成１４年９月６日（２００２．９．６）
【出願番号】 特願２００１−５００１０（Ｐ２００１−５００１０）