JP2011194985A - ハイブリッド車両の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】パワーテイクオフの使用により内燃機関が高回転で出力しているときにおいても効率よく発電させることが可能なハイブリッド車両の制御装置を提供すること。
【解決手段】動力源として、内燃機関１と、内燃機関１と一体に回転するモータジェネレータ２と、を備えるとともに、内燃機関１及びモータジェネレータ２の一方又は両方からの回転動力が伝達されるパワーテイクオフ５と、モータジェネレータ２に対する電力を蓄積するバッテリ１２と、を有するハイブリッド車両の制御装置（１０、１３、１４、１５）であって、パワーテイクオフ５を使用しているときに、内燃機関１に対する要求トルクが所定値以上の効率となる領域にない場合、要求トルクを所定値以上の効率となる領域に変更するとともに、変更後の要求トルクに基づいて内燃機関１を制御し、モータジェネレータ２にて発電するようにモータジェネレータ２を制御する。
【選択図】図１

Description

本発明は、動力源として内燃機関及びモータジェネレータを備えたハイブリッド車両の制御装置に関し、特に、パワーテイクオフを備えたハイブリッド車両の制御装置に関する。

動力源として内燃機関及びモータジェネレータを備えたハイブリッド車両では、バッテリの充電量が不足してきたときに、内燃機関の駆動力や車両の走行力を用いてモータジェネレータで発電又は回生を行い、バッテリの充電量を増加させるような制御を行っている。また、バッテリの充電量が不足したときに限らず、将来のモータ駆動によるバッテリの充電量の低下に備えて、内燃機関の駆動力を増加させて、モータジェネレータで発電を行い、バッテリの充電量を増加させることもある。

例えば、特許文献１では、排気浄化装置の再生完了前には、エンジン出力を増加させて、エンジンによりモータを駆動して発電を行わせ、バッテリの充電量を増加させるように制御し、排気浄化装置に堆積している堆積量に応じ、堆積量が少なくなるほどバッテリ充電量をより増加させるように制御し、排気浄化装置の再生完了時に、モータの出力を増加させて、モータによりエンジンを無負荷・高回転で連れ回すように制御して、排気浄化装置を冷却するハイブリッド車両の排気浄化システムが開示されている。

特開２００７−２３０４７６号公報

特許文献１のシステムでは、排気浄化装置を再生するためのアイドリング状態におけるエンジンの出力増加なので、発電電圧が上昇しすぎることはない。ところが、パワーテイクオフ（ＰＴＯ）を使用して動力を得るクレーン車やゴミ収集車などの作業車両では、クレーン、ごみ収集装置等の作業装置を作動させるのに、エンジンを高回転に吹かして出力を増加させる。そのため、作業車両がハイブリッド車両である場合、作業装置を作動しているときにおいては、高回転のエンジンによってモータも高回転で連れ回されることになり、結果として発電電圧が上昇し、インバータやバッテリの損傷のおそれがある。モータの発電電圧の上昇は、弱界磁制御によって抑制できるが、弱界磁制御を行うとモータを駆動するためのエネルギーをバッテリから持ち出すことになるため、作業装置を連続で作動させると、バッテリの容量が減少してしまう。バッテリの容量が減少したときにバッテリ容量を増加させるため発電制御を実施すると、エンジンにとって負荷が増加してしまい、エンジンの引きずりトルクも大きくなり燃費にも影響する。

本発明の主な課題は、パワーテイクオフの使用により内燃機関が高回転で出力しているときにおいても効率よく発電させることが可能なハイブリッド車両の制御装置を提供することである。

本発明の一視点においては、動力源として、内燃機関と、前記内燃機関と一体に回転するモータジェネレータと、を備えるとともに、前記内燃機関及び前記モータジェネレータの一方又は両方からの回転動力が伝達されるパワーテイクオフと、前記モータジェネレータに対する電力を蓄積するバッテリと、を有するハイブリッド車両の制御装置であって、前記パワーテイクオフを使用しているときに、前記内燃機関に対する要求トルクが所定値以上の効率となる領域にない場合、前記要求トルクを前記所定値以上の効率となる領域に変更するとともに、変更後の要求トルクに基づいて前記内燃機関を制御し、前記モータジェネレータにて発電するように前記モータジェネレータを制御することを特徴とする。

本発明の前記ハイブリッド車両の制御装置において、前記要求トルクを前記所定値以上の効率となる領域に変更した後、前記バッテリの充電量に応じて前記要求トルクを調整するとともに、調整後の要求トルクに基づいて前記内燃機関を制御し、前記モータジェネレータにて発電するように前記モータジェネレータを制御することが好ましい。

本発明の前記ハイブリッド車両の制御装置において、少なくとも前記バッテリの充電量、前記モータジェネレータの発電トルクの制御可能な範囲、及び前記モータジェネレータの温度に基づいて、前記要求トルクを前記所定値以上の効率となる領域に変更するかどうかを判断することが好ましい。

本発明の前記ハイブリッド車両の制御装置において、前記パワーテイクオフを使用しているときに、前記内燃機関に対する要求トルクが所定値以上の効率となる領域にある場合、前記バッテリ容量を維持する発電を行うように、前記モータジェネレータを制御することが好ましい。

本発明の前記ハイブリッド車両の制御装置において、前記パワーテイクオフを使用しているときに、前記内燃機関に対する要求トルクが所定値以上の効率となる領域に変更不能である場合、前記バッテリ容量を維持する発電を行うように、前記モータジェネレータを制御することが好ましい。

本発明によれば、パワーテイクオフの使用により内燃機関が高回転で出力しているときにおいて、モータジェネレータにおいて効率よく発電させることができ、弱界磁制御（モータジェネレータの発電電圧の上昇を抑制するために行う制御）によりバッテリから電力を持ち出したとしてもバッテリ容量を減少しないようにすることができる。また、バッテリの充電量が増加してきた場合でも、少なくとも弱界磁制御によりバッテリから持ち出した電力に相当する分をモータジェネレータにて発電するように制御するので、作業装置を連続で作動させてもバッテリ容量を減少させないようにすることができる。

本発明の実施例１に係るハイブリッド車両の制御装置を含むハイブリッド車両の構成を模式的に示したブロック図である。 本発明の実施例１に係るハイブリッド車両の制御装置の動作を模式的に示したフローチャート図である。 本発明の実施例１に係るハイブリッド車両の制御装置における要求トルクの変更を説明するための模式図である。

本発明の実施形態に係るハイブリッド車両の制御装置では、動力源として、内燃機関（図１の１）と、前記内燃機関と一体に回転するモータジェネレータ（図１の２）と、を備えるとともに、前記内燃機関及び前記モータジェネレータの一方又は両方からの回転動力が伝達されるパワーテイクオフ（図１の５）と、前記モータジェネレータに対する電力を蓄積するバッテリ（図１の１２）と、を有するハイブリッド車両の制御装置（図１の１０、１３、１４、１５）であって、前記パワーテイクオフを使用しているときに、前記内燃機関に対する要求トルクが所定値以上の効率となる領域にない場合、前記要求トルクを前記所定値以上の効率となる領域に変更するとともに、変更後の要求トルクに基づいて前記内燃機関を制御し、前記モータジェネレータにて発電するように前記モータジェネレータを制御する（図２のステップＡ６）。

本発明の実施例１に係るハイブリッド車両の制御装置について図面を用いて説明する。
図１は、本発明の実施例１に係るハイブリッド車両の制御装置を含むハイブリッド車両の構成を模式的に示したブロック図である。

図１を参照すると、ハイブリッド車両は、燃料の燃焼エネルギーにより回転動力を出力するエンジン１と、電気エネルギーにより回転動力を出力するモータジェネレータ２とが動力伝達経路上に直列に配設されるとともに、モータジェネレータ２と駆動輪８、９との間にクラッチ３、変速機４、及びデファレンシャルギヤ７が設けられており、変速機４と作業装置６（例えば、クレーン等）との間にパワーテイクオフ５が設けられている。ハイブリッド車両は、エンジン１と、モータジェネレータ２と、クラッチ３と、変速機４と、パワーテイクオフ５と、作業装置６と、デファレンシャルギヤ７と、駆動輪８、９と、エンジン制御装置１０と、インバータ１１と、バッテリ１２と、モータジェネレータ制御装置１３と、変速機制御装置１４と、ハイブリッド制御装置１５と、車速センサ１６と、アクセル開度センサ１７と、を有する。

エンジン１は、例えば、燃料（例えば、ガソリン、軽油などの炭化水素系）の燃焼により、クランクシャフト１ａから回転動力を出力する内燃機関である。クランクシャフト１ａの回転動力は、モータジェネレータ２の回転軸に伝達されるとともに、クラッチ３を介して変速機４の入力軸に伝達される。エンジン１は、各種センサ（エンジン回転センサ等）、アクチュエータ（インジェクタ、スロットルバルブを駆動するアクチュエータ等）を有し、エンジン制御装置１０に通信可能に接続されており、エンジン制御装置１０によって制御される。

モータジェネレータ２は、電動機として駆動するとともに発電機としても駆動する同期発電電動機である。モータジェネレータ２の回転軸は、エンジン１のクランクシャフト１ａと一体に回転し、クラッチ３の入力側部材と一体に回転する。モータジェネレータ２は、インバータ１１を介してバッテリ１２と電力のやり取りを行なう。モータジェネレータ２は、エンジン１からクランクシャフト１ａに出力された回転動力を用いて発電してバッテリ１２を充電したり、変速機４からの回転動力を用いて回生してバッテリ１２を充電したり、バッテリからの電力を用いて回転動力をクランクシャフト１ａ及び変速機４に出力できる。

クラッチ３は、モータジェネレータ２から変速機４への回転動力を断接する装置である。クラッチ３は、クラッチアクチュエータ（図示せず）を有し、変速機制御装置１４に通信可能に接続されており、変速機制御装置１４によって制御される。

変速機４は、エンジン１及びモータジェネレータ２の一方又は両方から出力された回転動力がクラッチ３を介して入力されるとともに、入力された回転動力を変速してデファレンシャルギヤ７を介して駆動輪８、９に伝達する機構である。変速機４は、入力された回転動力をデファレンシャルギヤ７又はパワーテイクオフ５に向けて選択的に出力可能な構成となっている。変速機４は、ギヤ比の異なる歯車機構を同期装置で選択可能な構成となっており、入力された回転動力が、選択された歯車機構で変速されてデファレンシャルギヤ７に出力される。変速機４は、同期装置でパワーテイクオフ５を選択することで、入力された回転動力をパワーテイクオフ５を介して作業装置６に向けて出力する。変速機４は、同期装置を駆動するアクチュエータを有し、変速機制御装置１４に通信可能に接続されており、変速機制御装置１４によって制御される。なお、変速機４は、歯車機構（複数の遊星歯車機構が組み合わさったもの）における所定の回転要素間を断接可能に係合させるクラッチや、所定の回転要素の回転を止めるブレーキを有するものであってもよい。

パワーテイクオフ５は、変速機４から出力された回転動力を作業装置に向けて出力する装置である。

作業装置６は、所定の作業を行う装置である。作業装置６は、パワーテイクオフ５から出力された回転動力が、例えば、クレーン、ごみ収集装置等における油圧ポンプ、歯車機構等に入力される。

エンジン制御装置１０は、エンジン１の動作を制御するコンピュータ（電子制御装置）である。エンジン制御装置１０は、エンジン１に内蔵された各種アクチュエータ（図示せず；例えば、スロットルバルブ、インジェクタ等を駆動するアクチュエータ）、各種センサ（図示せず；例えば、エンジン回転センサ等）、及びハイブリッド制御装置１５と通信可能に接続されている。エンジン制御装置１０は、ハイブリッド制御装置１５からの制御信号に応じて、所定のプログラム（データベース、マップ等を含む）に基づいて制御処理を行う。

インバータ１１は、モータジェネレータ制御装置１３からの制御信号に応じて、モータジェネレータ２の動作（駆動動作、発電動作、回生動作）を制御する。インバータ１１は、昇圧コンバータ（図示せず）を介してバッテリ１２と電気的に接続されている。

モータジェネレータ制御装置１３は、インバータ１１を介してモータジェネレータ２の動作を制御するコンピュータ（電子制御装置）である。モータジェネレータ制御装置１３は、インバータ１１、各種センサ（図示せず；例えば、回転センサ等）、及びハイブリッド制御装置１５と通信可能に接続されている。モータジェネレータ制御装置１３は、ハイブリッド制御装置１５からの制御信号に応じて、所定のプログラム（データベース、マップ等を含む）に基づいて制御処理を行う。

変速機制御装置１４は、変速機４及びクラッチ３の動作を制御するコンピュータ（電子制御装置）である。変速機制御装置１４は、各種アクチュエータ（図示せず）、各種センサ（図示せず；例えば、回転センサ等）、及びハイブリッド制御装置１５と通信可能に接続されている。変速機制御装置１４は、ハイブリッド制御装置１５からの制御信号に応じて、所定のプログラム（データベース、マップ等を含む）に基づいて制御処理を行う。

ハイブリッド制御装置１５は、エンジン制御装置１０、モータジェネレータ制御装置１３、及び変速機制御装置１４の動作を制御するコンピュータ（電子制御装置）である。ハイブリッド制御装置１５は、各種センサ（図示せず；例えば、車速センサ１６、アクセル開度センサ１７等）、各種スイッチ（図示せず；例えば、イグニッションスイッチ等）、エンジン制御装置１０、モータジェネレータ制御装置１３、及び変速機制御装置１４と通信可能に接続されている。ハイブリッド制御装置１５は、車両の所定の状況に応じて、所定のプログラム（データベース、マップ等を含む）に基づいて、エンジン制御装置１０、モータジェネレータ制御装置１３、及び変速機制御装置１４に対して制御信号を出力する。ハイブリッド制御装置１５は、エンジン制御装置１０を介してエンジン１の始動や停止を制御し、モータジェネレータ制御装置１３を介してモータジェネレータ２の駆動、発電、回生を制御する。

車速センサ１６は、車両の速度を検出するセンサである。アクセル開度センサ１７は、アクセルペダル（又はアクセルレバー）の操作量に対応するアクセル開度を検出するセンサである。

このように構成されたハイブリッド車両では、車両が停止し、エンジン１が回転し、かつ、パワーテイクオフ５を使用しているときに、モータジェネレータ２にて発電を行う。モータジェネレータ２の発電量は、アクセル操作に基づく要求トルクや、エンジン１のトルクと燃費の間における効率に応じて制御される。以下、発電量の制御動作について説明する。

本発明の実施例１に係るハイブリッド車両の制御装置の動作について図面を用いて説明する。図２は、本発明の実施例１に係るハイブリッド車両の制御装置の動作を模式的に示したフローチャート図である。図３は、本発明の実施例１に係るハイブリッド車両の制御装置における要求トルクの変更を説明するための模式図である。

図２を参照すると、まず、ハイブリッド制御装置１５は、車両が停止、かつ、エンジン１が回転中であるか否かを確認する（ステップＡ１）。なお、車両の停止は、車速センサ１６により確認する。また、エンジン１の回転は、エンジン制御装置１０を介してエンジン１におけるエンジン回転センサにより確認する。車両が停止、かつ、エンジン１が回転中でない場合（ステップＡ１のＮＯ）、終了し、ステップＡ１に戻る。

車両が停止、かつ、エンジン１が回転中である場合（ステップＡ１のＹＥＳ）、ハイブリッド制御装置１５は、パワーテイクオフ５を使用、かつ、エンジン１の回転がアイドリング回転よりも上昇しているか否かを確認する（ステップＡ２）。なお、パワーテイクオフ５の使用は、変速機制御装置１４の制御状況により確認する。また、エンジン１の回転がアイドリング回転よりも上昇しているかは、エンジン制御装置１０を介してエンジン１におけるエンジン回転センサにより確認する。パワーテイクオフ５を使用、かつ、エンジン１の回転がアイドリング回転よりも上昇していない場合（ステップＡ２のＮＯ）、ステップＡ５に進む。

パワーテイクオフ５を使用、かつ、エンジン１の回転がアイドリング回転よりも上昇している場合（ステップＡ２のＹＥＳ）、ハイブリッド制御装置１５は、要求トルクが高効率領域にあるか否かを確認する（ステップＡ３）。なお、要求トルクは、使用者がエンジン１に対して要求するトルクの制御情報であり、ハイブリッド制御装置１５におけるマップに基づいて、アクセルペダル（又はアクセルレバー）の操作量を検出したアクセル開度センサ１７のアクセル開度に応じて、求められるものである。高効率領域は、エンジントルクによる効率が所定値以上となる領域であり、ハイブリッド制御装置１５におけるマップに設定されているものである。要求トルクが高効率領域にない場合（ステップＡ３のＮＯ）、ステップＡ５に進む。

要求トルクが高効率領域にある場合（ステップＡ３のＹＥＳ）、又は、要求トルクを高効率領域に変更可能でない場合（ステップＡ５のＮＯ）、ハイブリッド制御装置１５は、バッテリ容量を維持する発電を行うように（つまり、弱界磁制御によりバッテリ１２から持ち出す分を補う発電を行うように）、モータジェネレータ制御装置１３及びインバータ１１を介してモータジェネレータ２を制御し（ステップＡ４）、終了し、ステップＡ１に戻る。

パワーテイクオフ５を使用、かつ、エンジン１の回転がアイドリング回転よりも上昇していない場合（ステップＡ２のＮＯ）、又は、要求トルクが高効率領域にない場合（ステップＡ３のＮＯ）、ハイブリッド制御装置１５は、要求トルクを高効率領域に変更可能か否かを確認する（ステップＡ５）。例えば、図３のように要求トルク（白丸）を高効率領域に変更可能か否かを確認する。要求トルクを高効率領域に変更可能か否かの確認では、モータジェネレータ制御装置２を介して、バッテリ１２の残量、モータジェネレータ２で制御可能な発電トルク、モータジェネレータ２の温度などの条件を確認する。バッテリ１２の残量が所定値を満たさないときや、モータジェネレータ２の発電トルクが制御可能な範囲にあるときや、モータジェネレータ２の温度が所定値以下のとき等の場合には、要求トルクを高効率領域に変更可能とする。一方、バッテリ１２の残量が所定値を満たすときや、モータジェネレータ２の発電トルクが制御可能な範囲にないときや、モータジェネレータ２の温度が所定値を超えるとき等の場合には、要求トルクを高効率領域に変更不可とする。要求トルクを高効率領域に変更可能でない場合（ステップＡ５のＮＯ）、ステップＡ４に進む。

要求トルクを高効率領域に変更可能である場合（ステップＡ５のＹＥＳ）、ハイブリッド制御装置１５は、エンジン１に対する要求トルクを高効率領域に変更させ、変更後の要求トルクに基づいてエンジン制御装置１０を介してエンジン１を制御し、バッテリ容量が増加する発電を行うように、モータジェネレータ制御装置１３及びインバータ１１を介してモータジェネレータ２を制御し（ステップＡ４）、終了し、ステップＡ１に戻る。例えば、図３のように当初の要求トルク（白丸）から高効率領域に変更した要求トルク（黒丸）へ移動した場合には、それらの差分トルクがモータジェネレータ２の発電トルクとなる。要求トルクの変更は、エンジン１の回転数を一定に保ち、高効率領域のうち、モータジェネレータ２の回転数に対する制御可能な発電トルクの上限値以下であって、エンジン１の回転数に対する制御可能なトルクの上限値以下の領域に移動することになる。なお、バッテリ充電量が増加してきた場合、充電量に応じて要求トルクを調整し、調整後の要求トルクに基づいてエンジン１及びモータジェネレータ２を制御し、充電する必要がない状態になったときには、バッテリ容量を保持するだけ発電するように要求トルクを調整することになる。

実施例１によれば、パワーテイクオフ５の使用によりエンジン１が高回転で出力しているときにおいて、モータジェネレータ２において効率よく発電させることができ、弱界磁制御（モータジェネレータ２の発電電圧の上昇を抑制するために行う制御）によりバッテリ１２から電力を持ち出したとしてもバッテリ容量を減少しないようにすることができる。また、バッテリ充電量が増加してきた場合でも、少なくとも弱界磁制御によりバッテリ１２から持ち出した電力に相当する分をモータジェネレータ２にて発電するように制御するので、作業装置６を連続で作動させてもバッテリ容量を減少させないようにすることができる。

１ エンジン（内燃機関）
１ａ クランクシャフト
２ モータジェネレータ
３ クラッチ
４ 変速機
５ パワーテイクオフ
６ 作業装置
７ デファレンシャルギヤ
８、９ 駆動輪
１０ エンジン制御装置
１１ インバータ
１２ バッテリ
１３ モータジェネレータ制御装置
１４ 変速機制御装置
１５ ハイブリッド制御装置
１６ 車速センサ
１７ アクセル開度センサ

Claims (5)

1. 動力源として、内燃機関と、前記内燃機関と一体に回転するモータジェネレータと、
   を備えるとともに、前記内燃機関及び前記モータジェネレータの一方又は両方からの回転動力が伝達されるパワーテイクオフと、前記モータジェネレータに対する電力を蓄積するバッテリと、を有するハイブリッド車両の制御装置であって、
   前記パワーテイクオフを使用しているときに、前記内燃機関に対する要求トルクが所定値以上の効率となる領域にない場合、前記要求トルクを前記所定値以上の効率となる領域に変更するとともに、変更後の要求トルクに基づいて前記内燃機関を制御し、前記モータジェネレータにて発電するように前記モータジェネレータを制御することを特徴とするハイブリッド車両の制御装置。
2. 前記要求トルクを前記所定値以上の効率となる領域に変更した後、前記バッテリの充電量に応じて前記要求トルクを調整するとともに、調整後の要求トルクに基づいて前記内燃機関を制御し、前記モータジェネレータにて発電するように前記モータジェネレータを制御することを特徴とする請求項１記載のハイブリッド車両の制御装置。
3. 少なくとも前記バッテリの充電量、前記モータジェネレータの発電トルクの制御可能な範囲、及び前記モータジェネレータの温度に基づいて、前記要求トルクを前記所定値以上の効率となる領域に変更するかどうかを判断することを特徴とする請求項１又は２記載のハイブリッド車両の制御装置。
4. 前記パワーテイクオフを使用しているときに、前記内燃機関に対する要求トルクが所定値以上の効率となる領域にある場合、前記バッテリ容量を維持する発電を行うように、前記モータジェネレータを制御することを特徴とする請求項１記載のハイブリッド車両の制御装置。
5. 前記パワーテイクオフを使用しているときに、前記内燃機関に対する要求トルクが所定値以上の効率となる領域に変更不能である場合、前記バッテリ容量を維持する発電を行うように、前記モータジェネレータを制御することを特徴とする請求項１記載のハイブリッド車両の制御装置。

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