| 【発明の名称】 |
ハイブリッド車両の制御装置 |
| 【発明者】 |
【氏名】大津 英一
【住所又は居所】茨城県ひたちなか市大字高場２５２０番地 株式会社日立製作所自動車機器グループ内
【氏名】後藤 広生
【住所又は居所】茨城県ひたちなか市大字高場２５２０番地 株式会社日立製作所自動車機器グループ内
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| 【要約】 |
【課題】触媒の状態に応じて電動機による加速アシスト量を制御し、排気性能を向上させること。
【解決手段】エンジンの排気ガスを浄化する触媒２０の活性状況をエンジン冷却水温などにて検出し、触媒２０の活性状況が低いほどアクセル操作量に対するモータジェネレータ２による加速アシスト量を増加する。電池３２の充電状態が少なくなったら、モータジェネレータ２による加速アシスト量を制限する。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】 内燃機関と電動機とを車両走行用の駆動力源として有し、アクセル操作手段のアクセル操作量に応じて前記内燃機関と前記電動機の駆動を制御し、前記電動機によって加速アシストを行うハイブリッド車両の制御装置において、前記内燃機関の排気ガスを浄化する触媒の活性状況を検出する触媒活性状況検出手段と、前記触媒活性状況検出手段により触媒活性状況に関する情報を入力し、触媒活性状況が低い場合には高い場合に比して前記電動機による加速アシスト量を増加する加速アシスト制御手段と、を有することを特徴とするハイブリッド車両の制御装置。
【請求項２】 前記加速アシスト制御手段は、触媒の活性状況が低いほど加速アシストを開始するアクセル操作量を低下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両の制御装置。
【請求項３】 前記加速アシスト制御手段は、触媒の活性状況が低いほど加速アシストを開始するアクセル操作量を低下し、加速アシスト開始アクセル操作量よりアクセル操作量が増大することに応じて前記電動機による加速アシスト量を増大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両の制御装置。
【請求項４】 前記加速アシスト制御手段は、単位時間当たりの前記アクセル操作量の変化量に応じて前記電動機による加速アシスト量を制限することを特徴とする請求項１〜３の何れか一項に記載のハイブリッド車両の制御装置。
【請求項５】 前記加速アシスト制御手段は前記電動機の電源である電池の充電状態に応じて前記電動機による加速アシスト量を制限することを特徴とする請求項１〜４の何れか一項に記載のハイブリッド車両の制御装置。
【請求項６】 前記電動機の温度を検出する電動機温度検出手段を有し、前記加速アシスト制御手段は、前記電動機温度検出手段により検出される前記電動機の温度に応じて前記電動機による加速アシスト量を制限することを特徴とする請求項１〜５の何れか一項に記載のハイブリッド車両の制御装置。
【請求項７】 前記活性状況検出手段が触媒活性状況を代表するエンジン冷却水温を検出する冷却水温検出手段であることを特徴とする請求項１〜６の何れか一項に記載のハイブリッド車両の制御装置。
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【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、内燃機関と電動機とを車両走行用の駆動力源とするハイブリッド車両の制御装置に関し、特に、電動機による加速アシストを行うハイブリッド車両の制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】内燃機関と電動機とを車両走行用の駆動力源とするハイブリッド車両において、アクセル操作量が大きい時には、電動機によって加速アシストを行い、内燃機関の急激な出力増大を避け、ＮＶＨ（騒音、振動、乗り心地）、燃料経済性、エミッション性能を改善するものがある（特開昭６３−２８４０３０号公報）。更には、電動機の電源の電力消費量を抑えるために、ＮＶＨ、燃料経済性、エミッション性能の悪化が顕著な急加速時、すなわち、アクセル操作量の増加が所定値より大きい時に限って電動機による加速アシストを行うハイブリッド車両が提案されている（特開平１０−２３６０８号公報）。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】排気ガス浄化を行う触媒（触媒コンバータ）を排気系に有する内燃機関では、触媒の活性化が不十分な時ほど、触媒による排気ガス浄化が良好に行わないから、触媒の活性化が充分でない冷間始動後の暖機過程における加速時には、エミッション性能が悪化する。
【０００４】電動機による加速アシストを行わずに、エンジン冷却水温２５℃で安定した状態から、図１１に示されているような１１モードと呼ばれている車速パターンで走行して、炭化水素の排出量を測定すると、図１２に示されているように、エンジン始動に伴う３０秒後の増加ピークと、１回目加速に伴う７０秒後の増加ピークが観測された。
【０００５】同じ走行パターンを４回繰返したのに、１回目加速時のみ炭化水素の排出量が多い理由は、１回目加速時では、エンジン冷却水温（図１３参照）と相関性を有する触媒温度が低く、触媒の活性化が不十分で、その後、エンジン冷却水温が上昇して触媒が活性化し、触媒によって排気ガスが浄化されるようになったためである。
【０００６】本発明は、上述の如き問題点を解消するためになされたもので、その目的とするところは、エミッション性能の改善に関して、電動機による加速アシストを有効に行い、併せて電動機の電源の電力消費を最小限に抑えるハイブリッド車両の制御装置を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】前記目的を達成するために、本発明によるハイブリッド車両の制御装置は、基本的には、内燃機関と電動機とを車両走行用の駆動力源として有し、アクセル操作手段のアクセル操作量に応じて前記内燃機関と前記電動機の駆動を制御し、前記電動機によって加速アシストを行うハイブリッド車両の制御装置において、前記内燃機関の排気ガスを浄化する触媒の活性状況を検出する触媒活性状況検出手段と、前記触媒活性状況検出手段により触媒活性状況に関する情報を入力し、触媒活性状況が低い場合には高い場合に比して前記電動機による加速アシスト量を増加する加速アシスト制御手段とを有するものである。
【０００８】前記の如く構成された本発明によるハイブリッド車両の制御装置によれば、触媒活性状況が低い場合には高い場合に比して電動機による加速アシスト量を増加することが行われ、触媒の活性化が充分でない冷間始動後の暖機過程における加速時の内燃機関よりのエミッション排出量が減少する。触媒の活性状況検出は、触媒活性状況を代表する物理量として、エンジン冷却水温の検出でよく、触媒の活性状況検出のために、特別なセンサを必要としない。
【０００９】本発明によるハイブリッド車両の制御装置では、加速アシスト制御手段は、詳細制御特性として、触媒の活性状況が低いほど加速アシストを開始するアクセル操作量を低下し、更には、加速アシスト開始アクセル操作量よりアクセル操作量が増大することに応じて電動機による加速アシスト量を増大する。これにより、触媒活性状況が低い場合には高い場合に比して電動機による加速アシスト量が増加する。
【００１０】また、本発明によるハイブリッド車両の制御装置では、加速アシスト制御手段は、更に、単位時間当たりの前記アクセル操作量の変化量に応じて前記電動機による加速アシスト量を制限する。また、本発明によるハイブリッド車両の制御装置では、前記加速アシスト制御手段は、更に、前記電動機の電源である電池の充電状態に応じて前記電動機による加速アシスト量を制限する。また、本発明によるハイブリッド車両の制御装置は、更に、前記電動機の温度を検出する電動機温度検出手段を有し、前記加速アシスト制御手段は、前記電動機温度検出手段により検出される前記電動機の温度に応じて前記電動機による加速アシスト量を制限する。
【００１１】
【発明の実施の形態】以下に添付の図を参照して本発明のハイブリッド車両の制御装置の一実施の形態を詳細に説明する。図１は、本実施形態による制御装置を組込まれたハイブリッド車両の主要構成を示している。
【００１２】ハイブリッド車両は、駆動力源（原動機）として、内燃機関（エンジン）１と、モータジェネレータ（以下ＭＧと云う）２とを有している。ＭＧ２にはＭＧ回転軸（図示省略）に連結されたＭＧ変速機３が一体的に設けられており、ＭＧ変速機３が伝動ベルト機構４によってエンジン１側に接続されている。エンジン１とＭＧ２の駆動力は変速装置５を介して車輪６に伝達される。ＭＧ変速機３は、遊星歯車式変速装置等により構成され、内蔵の電磁クラッチ、ブレーキ（図示省略）のオン・オフ動作により、減速状態と等速状態との間に切り換り、エンジン１とＭＧ２との速度比を切り換える。
【００１３】車両全体の制御装置であるハイブリッド制御装置（ＨＣＵ）１０は、キースイッチ１１の信号（キースイッチ信号）によりハイブリッド車両システムの起動および停止を行い、アクセルペダル１２、ブレーキペダル１３の操作信号、すなわち、アクセル操作量信号とブレーキ信号に応じて車輪６の回転に必要なトルクが与えられるように、エンジン１を制御する制御装置（ＰＣＭ）１５と、ＭＧ２およびＭＧ変速機３を制御する制御装置（ＭＣＵ）１６とに指令信号を出力する。ＭＣＵ１６は、インバータによる電力変換部を含み、交流−直流変換を双方向に行うことができる。
【００１４】ＰＣＭ１５は、クランク角センサ（エンジン回転数センサ）１７よりクランク角信号を、エンジン冷却水温を検出する水温センサ１８より水温信号を、エンジン排気側に設けられている酸素濃度センサ１９より酸素濃度信号を入力する。なお、酸素濃度センサ１９より下流側のエンジン排気系には触媒コンバータ２０が設けられている。触媒コンバータ２０は触媒作用によってエンジン１より排出される排気ガスを浄化する。
【００１５】ＰＣＭ１５は、クランク角センサ１７よりのクランク角信号より求められたエンジン回転数とＨＣＵ１０よりのトルク指令値より求めるスロットル弁２１の目標開度をスロットル開度制御装置２２に指令し、換言すれば、スロットル開度指令信号をスロットル開度制御装置２２へ出力して空気流量を制御し、水温センサ１８が検出するエンジン冷却水温や酸素濃度センサ１９の検出信号などに応じて補正された燃料噴射指令信号を燃料噴射装置２３へ出力し、燃料噴射装置２３による燃料噴射時間を制御する。燃料噴射装置２３より噴射された燃料とスロットル弁２１により流量を計量された空気とによる混合気は、吸気弁２４により開閉される吸気ポート２５からシリンダ内の燃焼室２６へ吸込まれ、点火装置２７によって着火される。
【００１６】エンジン１は、混合気の爆発エネルギによってピストン２８を動かし、車輪６やＭＧ２を回転駆動する。燃焼室２６の燃焼ガスは、排気弁２９によって開閉される排気ポート３０から燃焼室２６外に排出され、触媒コンバータ２０で浄化された後、大気中へ排出される。
【００１７】ＭＧ２は、二次電池であるバッテリ３２を電源としており、バッテリ３２の電気エネルギ（直流）をＭＣＵ１６によって交流に変換して与えられることで、電動機（モータ）として機能して駆動力を発生し、ＭＧ変速機３、伝動ベルト機構４を介してつながるエンジン１の始動や車輪６の駆動を行う。バッテリ３２は、ＭＧ２の電源であり、ＨＣＵ１０などの電源である１２Ｖバッテリとは別のもので、本実施の形態では４２Ｖバッテリである。
【００１８】ＭＧ２は、車輪６の運動エネルギあるいはエンジン１の駆動力によりＭＧ変速機３を介して回転駆動されることにより、発電機として機能して発電を行う。ＭＧ２の発電電力はＭＣＵ１６によって直流に変換されてバッテリ３２に蓄えられる。これにより、ＭＧ２はバッテリ３２の充電を行う。
【００１９】ＭＣＵ１６は、ＭＧ変速機３の切換制御として、基本的には、大きなＭＧ出力を必要とするエンジン始動の前に、「減速」指令により、ＭＧ変速機３を減速状態（ギア比１０：１程度）とし、車両走行時等は、「等速」指令により、ＭＧ変速機３を減速状態から中立位置にして等速状態（ギア比２：１程度）におけるエンジン回転数に見合う回転数にＭＧ２の回転数に下げた後に、ＭＧ変速機３を中立位置から等速状態に切り換える制御を行う。
【００２０】ＨＣＵ１０は、ＭＧ２による加速アシストを制御する加速アシスト制御部３３を含んでいる。加速アシスト制御部３３は、触媒コンバータ２０の活性状況を代表する情報として、触媒コンバータ２０の活性状況と相関性があるエンジン冷却水温を水温センサ１８より入力し、エンジン冷却水温が低い場合には高い場合に比してＭＧ２による加速アシスト量を増加する制御を行う。
【００２１】つまり、触媒コンバータ２０が活性化されるまでの間は、加速時のＭＧ２によるアシストを積極的に行ってエンジン負荷の増加を減らして排気ガス性能を向上させる。そして、そこで使った電気エネルギは、触媒コンバータ２０が活性化した後、加速時のＭＧ２によるアシストを減らし、積極的に充電して補う。
【００２２】このエンジン冷却水温対応（触媒活性状況対応）の加速アシスト制御は、次のように行われる。
（１）エンジン冷却水温が低いほど加速アシストを開始するアクセル操作量を低下し、加速アシスト開始アクセル操作量よりアクセル操作量が増大することに応じてＭＧ２による加速アシスト量を増大する。
（２）単位時間当たりのアクセル操作量の変化量に応じてＭＧ２による加速アシスト量を制限する。
（３）ＭＧ２の電源であるバッテリ３２の充電状態に応じてＭＧ２による加速アシスト量を制限する。
（４）ＭＧ温度センサ３４によって検出されるＭＧ２の温度に応じてＭＧ２による加速アシスト量を制限する。
【００２３】つぎに、ハイブリッド車両の動作を、ＨＣＵ１０に組み込まれたソフトウェアの実行により具現される制御処理（ハイブリッド制御）を図２に示されているフローチャートを参照して説明する。本処理は、１０ｍｓ毎に実行する。まず、キースイッチ１１およびアクセルペダル１２、ブレーキペダル１３の操作信号を入力する（ステップ１０１）。
【００２４】つぎに、ＰＣＭ１５やＭＣＵ１６に対してトルク指令や運転モードなどのデータを送信し、ＭＣＵ１６からはＭＧ２の回転数やバッテリ３２の残量（ＳＯＣ）、ＭＧ変速機３の位置を、ＰＣＭ１５からはエンジン回転数（Ｎｅ）、エンジン冷却水温（ＴＷ）、そして完爆判定情報を受信する（ステップ１０２）。
【００２５】つぎに、キースイッチ１１およびアクセルペダル１２、ブレーキペダル１３の操作信号、冷却水温度、完爆判定情報より、運転モードを判定する（ステップ１０３）。運転モード判定は、エンジンが完爆してなくて、冷却水温度が低いあるいはアクセルペダル１２を踏んでいるか、あるいはブレーキペダル１３を離している場合には、「エンジン始動モード」とし、冷却水温度が高く、アクセルペダル１２を離していてしかもブレーキペダル１３を踏んでいる場合には、「アイドル停止モード」とする。それ以外の場合は、「走行・発電モード」とする。
【００２６】つぎに、エンジン１及びＭＧ２、ＭＧ変速機３に対する指令を演算するルーチン（エンジン／ＭＧ指令ルーチン）を実行する（ステップ１０４）。エンジン／ＭＧ指令ルーチンを図３に示されているフローチャートを参照して説明する。
【００２７】まず、運転モードが「エンジン始動モード」であるか否かを判定する（ステップ２０１）。運転モードが「エンジン始動モード」であれば（ステップ２０１肯定）、ＭＧ変速機３への指令を「減速」とし（ステップ２０２）、エンジン始動制御として、ＭＧ２への指令をエンジン始動のための回転数指令、ＰＣＭ１５への指令をエンジン回転数が所定回転数になってからの燃料噴射とする（ステップ２０３）。これに対し、運転モードが「エンジン始動モード」でない場合には（ステップ２０１否定）、運転モードが「アイドル停止モード」であるか否かを判定する（ステップ２０４）。
【００２８】運転モードが「アイドル停止モード」であれば（ステップ２０４肯定）、アイドル停止制御として、ＰＣＭ１５に対して燃料噴射停止指示、ＭＣＵ１６へはＭＧ２を停止するアイドル停止の制御を行う（ステップ２０５）。これに対し、運転モードが「アイドル停止モード」でない場合は（ステップ２０５否定）、通常走行モードであり、ＭＧ変速機３への指令を「等速」とする（ステップ２０６）。
【００２９】つぎに、加速アシスト制御として、ＭＧ２による加速アシストを開始するアクセル操作量（加速アシスト開始アクセル操作量）ＡＰＳＬをＰＣＭ１５から送られるエンジン冷却水温ＴＷに応じて設定する（ステップ２０７）。エンジン冷却水温ＴＷに応じて設定される加速アシスト開始アクセル操作量ＡＰＳＬの特性は、図４に例示されているように、エンジン冷却水温ＴＷが所定値、例えば、５０°Ｃ以下であれば、比較的低い値（アクセル踏み込み角度で２０ｄｅｇ）で、これによりエンジン冷却水温ＴＷが高値であるほど、加速アシスト開始アクセル操作量ＡＰＳＬが比例的に増大し、エンジン冷却水温ＴＷが８０°Ｃで、アクセル踏み込み角度５０ｄｅｇになる。なお、加速アシスト開始アクセル操作量ＡＰＳＬを決定するパラメータは、エンジン冷却水温ＴＷではなく、触媒コンバータ２０に温度センサを取付け、その検出値でもよい。
【００３０】つぎに、加速アシスト開始アクセル操作量ＡＰＳＬと入力したアクセル操作量（アクセルペダル１２の踏込量）ＡＰＳからアクセル操作量ＡＰＳに応じたＭＧ２によるアシスト量ＰＭＷを求める（ステップ２０８）。アシスト量ＰＭＷは、図５に示されているように、加速アシスト開始アクセル操作量ＡＰＳＬよりアクセル操作量ＡＰＳが増大することに応じて増大する。なお、図５において、アシスト量ＰＭＷが負であることは、ＭＧ２によって発電してバッテリ３２に充電することを意味する。
【００３１】つぎに、最新のアクセル操作量ＡＰＳと５回前、つまり、５０ｍｓ前のアクセル操作量ＡＰＳとの差ΔＡＰＳから、図５に示されているような制御特性をもって、アクセル操作の変化量から求めるＭＧ２によるアシスト量ＰＭＴを求める（ステップ２０９）。これは、アクセル操作の変化量である差ΔＡＰＳが−１以下で、ＭＧ２によるアシスト量ＰＭＷをアシスト量ＰＭＴに制限することを意味する。
【００３２】つぎに、バッテリ３２の電圧（４２Ｖ）から、図７に示されているような制御特性をもって、バッテリ電圧から求めるＭＧ２によるアシスト量ＰＭＶを求める（ステップ２１０）。なお、アシスト量ＰＭＶを求めるパラメータは、バッテリ３２の電圧（４２Ｖ）ではなく、ＭＣＵ１６から送られるバッテリ３２の残量値（ＳＯＣ）でもよい。これは、バッテリ電圧Ｖ４２が３４Ｖ以下で、ＭＧ２によるアシスト量ＰＭＷをアシスト量ＰＭＶに制限することを意味する。
【００３３】つぎに、ＭＧ温度センサ３４によって検出されるＭＧ２の温度ＴＭから、図８に示されているような制御特性をもって、ＭＧ２に熱的に許容されるＭＧ２の最大、最小の動作範囲ＰＭＭを求める（ステップ２１１）。つぎに、ステップ２０８〜ステップ２１０で求めたアシスト量ＰＭＷ、ＰＭＴ、ＰＭＶのうちの最小値に、ステップ２１１で求めた最大、最小の動作範囲ＰＭＭの制限を加えてＭＧ２への出力指令ＰＭを求める（ステップＳ２１２）。また、アクセルペダル１２の踏込量と車速からＰＣＭ１５への出力指令ＰＥを求める（ステップＳ２１３）。
【００３４】つぎに、エンジン１を制御するＰＣＭ１５に組み込まれたソフトウェアの実行により具現される制御処理（エンジン制御）を図９に示されているフローチャートを参照して説明する。本処理は、１０ｍｓ毎に実行する。まず、クランク角センサ１７、水温センサ１８、酸素濃度センサ１９の各々よりの信号の入力処理を行い（ステップＳ３０１）、ＨＣＵ１０に対してエンジン回転数、エンジン冷却水温、完爆判定情報などのデータを送信し、ＨＣＵ１０より運転モードや燃料噴射の許可／禁止フラグなどのデータを受信する（ステップＳ３０２）。
【００３５】つぎに、ＨＣＵ１０から与えられた情報及び検出したエンジン回転数から必要な空気量を算出し、該空気量が得られるようスロットル開度制御装置２２を介してスロットル弁２１を制御する（ステップＳ３０３）。つぎに、燃料噴射装置２３の燃料噴射幅（燃料噴射時間）の制御（ステップＳ３０４）、吸気弁２４、排気弁２９の制御を行う（ステップＳ３０５）。
【００３６】ＭＧ２及びＭＧ変速機３を制御するＭＣＵ１６に組み込まれたソフトウェアの実行により具現される制御処理（ＭＧ制御）を図１０に示されているフローチャートを参照して説明する。本処理は、１０ｍｓ毎に実行する。
【００３７】まず、ＭＧ変速機３の変速位置、バッテリ３２の電圧などを示す信号の入力処理を行い（ステップＳ４０１）、ＨＣＵ１０に対してＭＧ２の回転数、ＭＧ温度やバッテリ３２の残量（ＳＯＣ）、ＭＧ変速機３の変速位置等のデータを送信し、ＨＣＵ１０より運転モードやトルク指令、ＭＧ変速機３の位置指令などのデータを受信する（ステップＳ４０２）。
【００３８】つぎに、ＨＣＵ１０の指令に対応するＭＧ２への電流指令を算出し、１００μ秒ごとに実行する図示していない処理でＭＧ２の電流制御をする（ステップＳ４０３）。そして、ＨＣＵ１０の指令に従いＭＧ変速機３の変速位置を制御する（ステップＳ４０４）。
【００３９】上述した制御処理により、エンジン１が始動したばかりで、排気ガス浄化に使う触媒コンバータ２０の活性化が不十分で、排気ガスの排出量が多いときに、ＭＧ２によるアシスト制御が積極的に行われるので、加速時の排気ガス性能を向上できる効果がある。この時に消費した電気エネルギは、後で発電により補うため、エンジン１に負荷がかかるが、負荷の増加が緩やかであり、触媒コンバータ２０も活性化しているので、排気ガスの排出量を少なくできる。また、バッテリ３２の状態によりＭＧ２によるアシスト制御を制限するので、バッテリ上りに至ることを防止できる。
【００４０】
【発明の効果】以上の記載から理解できるように、本発明によるハイブリッド車両の制御装置は、排気ガス浄化に使う触媒の活性化が不十分なときに、加速に伴うエンジン負荷の急増を減らすことができるので、排気ガス性能を向上できる。
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| 【出願人】 |
【識別番号】０００００５１０８
【氏名又は名称】株式会社日立製作所
【住所又は居所】東京都千代田区神田駿河台四丁目６番地
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| 【出願日】 |
平成１３年１２月２５日（２００１．１２．２５） |
| 【代理人】 |
【識別番号】１０００９１０９６
【弁理士】
【氏名又は名称】平木 祐輔
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| 【公開番号】 |
特開２００３−１９９２０８（Ｐ２００３−１９９２０８Ａ） |
| 【公開日】 |
平成１５年７月１１日（２００３．７．１１） |
| 【出願番号】 |
特願２００１−３９１３７１（Ｐ２００１−３９１３７１） |
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