JP3614145B2 - ハイブリッド車の制御装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、車両走行用の駆動源としてエンジンと走行用モータとを併用したハイブリッド車の制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
エンジンを主たる走行用駆動源とする車両において、エンジンに失火が発生した場合に、エンジンの出力に何ら制限を加えることなく走行を続けると、エンジンの回転変動に起因する不快な振動や騒音が生じることに加え、排気系に配設された触媒の温度が上昇し、この触媒に大きなダメージを与えるおそれがある。エンジンによる走行中に失火が発生しているかを検知し、失火時には警告灯により運転者に警告を発し、点検・整備を促すものは知られている。しかしながら、失火時にも警告を発するのみで、エンジンの出力を何ら制限しない場合、整備が行われる前に、やはり触媒に大きなダメージを与えるおそれがある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、車両走行用の駆動源として、エンジンと走行用モータとを併用するハイブリッド車が既に実用化されている。このようなハイブリッド車において、失火を検知するための技術は特開２０００−３５２３３２号公報に開示されているが、失火を検知した場合に、エンジン及び走行用モータをどのように駆動するかについて具体的に記載されたものはない。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明は、車両走行用の駆動源としてエンジンと走行用モータとを併用するハイブリッド車において、エンジンの失火時におけるエンジン、走行用モータ、さらには発電機の駆動制御に関するものである。エンジンの失火を含む所定の条件のもとでは、走行用モータのみを車両走行用駆動源とするモータ走行を行い、エンジンは、主にバッテリの充電量（充電率）ＳＯＣ（ステート・オブ・チャージ）に応じて運転と停止とを切り換える。充電量が充分にある場合、つまりＳＯＣが所定値以上の場合にはエンジンを停止し、充電量が充分にない場合、つまりＳＯＣが所定値未満の場合には、発電機を駆動するためにのみエンジンを運転する。失火中の走行速度は、走行用モータの出力のみで走行可能な速度に制限する。
【０００５】
【発明の効果】
本発明によれば、エンジンが失火していると判定された場合には、走行用モータのみを車両走行用駆動源とするモータ走行を行い、可能であればエンジンの運転を停止しているため、車両の走行を継続しつつ、失火中のエンジンの運転に起因する様々な不具合を有効に解消することができる。
【０００６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好ましい一実施例を図面に基づいて説明する。図１は、本発明に係るハイブリッド車のシステム構成を示す概略構成図である。このハイブリッド車は、ガソリンや軽油のような燃料を燃焼することにより動力を発生するエンジン１１と、電力（電気エネルギー）を蓄えるバッテリ１４に接続され、力行運転（駆動）及び回生運転（発電）の双方が可能な第１モータジェネレータ１２及び第２モータジェネレータ１３と、を有している。エンジン１１は、主駆動輪としての一対の後輪１５に連係され、これら後輪１５を駆動する。第１モータジェネレータ１２は、主としてエンジン１１により駆動されて発電を行う発電機として機能し、かつ、エンジン１１を始動するスタータとしても機能する。この第１モータジェネレータ１２は、エンジン１１の出力軸１１ａに直結されている。従って、第１モータジェネレータ１２の回転数は常にエンジン回転数と等しい。第２モータジェネレータ１３は、副駆動輪としての一対の前輪１６に連係され、主として前輪１６を駆動する走行用モータであり、上記のエンジン１１とともに車両走行用駆動源として機能し、かつ、要求トルクが負の値のときには回生運転を行う。このように、この車両は、主としてエンジン１１により後輪１５を駆動するとともに、第２モータジェネレータ１３により前輪１６を駆動することが可能で、トランスファ装置を必要としない電気式の四輪駆動車である。
【０００７】
エンジン１１に直結する第１モータジェネレータ１２と後輪１５との間の動力伝達経路には、周知の自動変速機（ＡＴ）１７が配設されている。この自動変速機１７は、エンジン１１及び第１モータジェネレータ１２と後輪１５との連結を切断するクラッチ要素を含んでいる。典型的な自動変速機１７としては、複数の遊星歯車セットを備えた多段式の自動変速機の他、Ｖベルト式やトロイダル式の無段変速機が挙げられる。
【０００８】
本実施例の制御装置は、エンジン１１の燃料噴射制御や点火時期制御のようなエンジン制御を行うエンジンコントローラ２１と、第１，第２モータジェネレータ１２，１３のトルク・回転数を制御するモータコントローラ２２と、バッテリ１４の充電量ＳＯＣを適切に制御するためのバッテリコントローラ２３と、自動変速機１７を制御するＡＴコントローラ２４と、これらのコントローラ２１〜２４と相互に接続され、車両全体の動作を統括的に制御する車両コントローラ２５と、を有している。各コントローラ２１〜２５は、ＣＰＵ，ＲＡＭ，ＲＯＭ，入出力インターフェースを備えた周知のマイクロコンピュータであり、ＣＰＵによりＲＡＭ，ＲＯＭ上のプログラムに従って入力信号を処理して制御信号を出力する。
【０００９】
エンジンコントローラ２１は、スロットル開度センサ，クランク角センサ及びエアフロメータのような各種センサ２６により検出されるスロットル開度，クランク角（エンジン回転数）及び吸入空気量等の入力信号の他、車両コントローラ２５から受信した要求エンジントルクに基づいて、点火時期及び燃料噴射量を求め、その点火時期信号及び燃料噴射信号をエンジン１１へ出力する。電性スロットルの場合にはスロットル制御信号も出力する。更に、エンジンコントローラ２１は、エンジン回転数やエンジントルクの急激な変動に基づいて、エンジンの失火が発生しているかを検知する。このような失火の検知自体は、特開平６−１７３７４５号公報や特開２０００−３５２３３２号公報にも記載されているように公知である。例えば、スロットル開度、吸気圧、変速段、及び車速等に基づいて、エンジン回転数やトルクの変動が小さい定常運転時に、エンジン１１（又は個々の気筒）の発生トルクや回転数の急激な落ち込みを検知することにより、失火を検知する。
【００１０】
モータコントローラ２２は、バッテリ１４及び第１モータジェネレータ１２に接続する第１インバータ２２ａと、この第１インバータ２２ａ及び車両コントローラ２５に接続する第１モータコントローラ２２ｂと、バッテリ１４及び第２モータジェネレータ１３に接続する第２インバータ２２ｃと、この第２インバータ２２ｃ及び車両コントローラ２５に接続する第２モータコントローラ２２ｄと、を有している。第１，第２モータコントローラ２２ｂ，２２ｄは、それぞれ、車両コントローラ２５からの要求信号に基づいて、第１，第２インバータ２２ａ，２２ｃへ制御信号を出力しており、従って、第１，第２モータジェネレータ１２，１３のそれぞれを互いに独立して制御することができる。
【００１１】
バッテリコントローラ２３は、バッテリ１４の電圧・電流を監視し、これら電圧・電流に基づいて充電量ＳＯＣを求め、このＳＯＣを車両コントローラ２５へ送信する。ＡＴコントローラ２４は、シフト信号２７や車速信号等に基づいて、自動変速機１７の変速（ギアポジジョン）を制御する。
【００１２】
車両コントローラ２５は、車速信号の他、運転者の操作に応じて発生するアクセル開度信号、シフト信号及びブレーキ信号等の入力信号２８に基づいて、車両の走行に必要な要求駆動力を求め、この要求駆動力をエンジン１１と第２モータジェネレータ１３とに分配し、その目標トルク指令値を対応するエンジンコントローラ２１，モータコントローラ２２へ送信する。ＳＯＣが高く、第２モータジェネレータ１３のみで要求駆動力を発生できる場合、エンジン１１を停止して第２モータジェネレータ１３のみを走行用駆動源とするモータ走行を行うことができる。第２モータジェネレータ１３のみで要求駆動力を発生できない場合には、エンジン１１のみを走行用駆動源とするエンジン走行を行うか、あるいはエンジン１１及び第２モータジェネレータ１３の双方を走行用駆動源として併用する。
【００１３】
エンジン１１の排気通路（排気系）には、図示していないが、排気を浄化するための三元触媒のような触媒が配設されている。
【００１４】
図２は、本実施例に係る制御の流れを示すフローチャートである。このルーチンは、車両コントローラ２５により所定時間毎（例えば１０ｍｓ毎）に繰り返し実行される。
【００１５】
Ｓ（ステップ）１では、アクセル開度ＡＰＯ及び車速ＶＳＰに基づいて、目標駆動力ＴＴｍｉｓを求める。この目標駆動力は、車両の走行に必要な総駆動力に相当し、後輪１５の目標駆動力と前輪１６の目標駆動力との和に相当する。Ｓ２では、現在のバッテリ１４の状態、すなわち、充電量ＳＯＣ、出力可能電力、及び入力可能電力等に基づいて、個々の第１，第２モータジェネレータ１２，１３に対する力行可能トルク、回生可能トルク、及び後述する充電要求を求める。
【００１６】
Ｓ３では、エンジン１１の失火が発生しているかを判定する（失火判定手段）。失火の検知は、上述したようにエンジン回転数やエンジントルクの急激な変動に基づいてエンジンコントローラ２１により行われる。Ｓ３における失火の判定は、あるレベル（頻度）以上の失火が発生しているかを判定するもので、例えば一回の失火検知で繰り上がるカウンター値が所定数に達したかをもって判定する。また、実際は失火しているのに失火が発生していないと誤判定されることを確実に回避するために、前回の失火判定が肯定の状況から失火判定を否定へ変更する場合には、失火検知無しの状況が所定回数継続したことをもって、失火判定を否定へ変更する。
【００１７】
Ｓ３で失火が発生していないと判定された場合、Ｓ４〜Ｓ７へ進み、通常通り（失火が発生していない状況）の車両制御を継続する。すなわち、Ｓ４では、Ｓ１で求めた目標駆動力（トルク）を、エンジン１１による基本エンジントルクと、第２モータジェネレータ１３による基本モータトルクと、に分配する。Ｓ５では、バッテリ１４のＳＯＣに基づいて、充電が必要か否かを判定する。ＳＯＣが所定の基準値（所定値）に達しておらず、充電が必要と判定された場合には、Ｓ６へ進み、基本エンジントルクに、充電のために第１モータジェネレータ１２を駆動する分の発電トルクを上乗せ（加算）し、これを基本エンジントルクとする。Ｓ７では、Ｓ４，Ｓ６で求めた基本エンジントルク及び基本モータトルクの指令信号を対応するコントローラ２１，２２へ出力する。
【００１８】
Ｓ３で失火が発生していると判定された場合、警告灯を点灯させる等により運転者へ失火の発生を警告するとともに、Ｓ１０〜１５へ進み、失火発生時用のトルク制御を実行する。Ｓ１０では、失火発生時用の制御マップや制御テーブル等を参照して、失火発生時に対応した車両走行用の目標駆動力ＴＴｍｉｓを求める。失火発生時には、後述するように、エンジン１１を停止するか、あるいは第１モータジェネレータ１２を駆動するのみのためにエンジン１１を運転し、エンジン１１を走行用の駆動源として用いることはなく、第２モータジェネレータ１３のみを走行用駆動源とするモータ走行を行う。従って、失火時における車両走行用の総目標駆動力ＴＴｍｉｓが、そのまま第２モータジェネレータ１３の目標駆動トルクＴＴｍｇ２に相当する。このため、ＴＴｍｉｓは、第２モータジェネレータ１３により出力可能な駆動力に制限されており、典型的にはＳ１で求められた通常時の目標駆動力よりも小さい値である。
【００１９】
なお、失火判定中、自動変速機１７のクラッチ要素により、エンジン１１及び第１モータジェネレータ１２と後輪１５との連結は切断される。従って、エンジン１１の目標エンジントルクＴＴｅｎｇと、第１モータジェネレータ１２の目標発生トルクＴＴｍｇ２と、は同じ値に設定される（Ｓ１５参照）。
【００２０】
Ｓ１１では、バッテリ１４のＳＯＣに基づいて、発電が必要であるか、すなわち上記の充電要求があるかを判定する。ＳＯＣが予め設定された所定の基準値以上であり、充電の必要がない場合には、Ｓ１４へ進み、目標エンジントルクＴＴｅｎｇを０、第１モータジェネレータ１２及びエンジン１１の目標回転数ＴＮｍｇ１を０に設定する。続くＳ１５では、Ｓ１０及びＳ１４で求められたＴＴｅｎｇ、ＴＮｍｇ１及びＴＴｍｇ２を、対応するコントローラ２１，２２へ送信する。
【００２１】
Ｓ１１において、バッテリのＳＯＣが所定の基準値に達しておらず、発電の必要があると判定された場合、Ｓ１２へ進み、失火率（失火発生率、失火の度合い）Ｒｍｉｓ及び図３に示すような制御マップに基づいて、目標エンジントルクＴＴｅｎｇ及び目標回転数ＴＮｍｇ１を求める。失火率は、上述したエンジン回転数やエンジントルクの変動度合い、及び上述した失火検知の頻度等に基づいて求められる。
【００２２】
図３を参照して、実線Ｔｍは第１モータジェネレータ１２のトルク特性、実線Ｔｅはエンジン１１の最大トルク特性を示し、右下下がりの複数の曲線Ｑは、それぞれの失火率（Ａ％，Ｂ％，Ｃ％，…）におけるエンジン特性を示している（Ａ＞Ｂ＞Ｃ）。個々の失火率毎に、その曲線Ｑ上のエンジン回転数Ｎ及びエンジントルクＴに対するエンジン単独での燃料消費率α（ｇ／ｋｗｈ）を求め、これらＮ，Ｔ，αと第１モータジェネレータ１２の発電量Ｗとに基づいて、次式（１）に示すように、エンジン１１と第１モータジェネレータ１２との組み合わせによる発電効率βを求める。
【００２３】
【数１】
β ＝ Ｗ／（Ｎ×Ｔ×α） …（１）
個々の失火率における最大発電量をＷｍａｘ、最大発電効率をβｍａｘとすると、発電量ＷがＷｍａｘ×ｋ（％）以上で、かつ、発電効率βがβｍａｘ×ｊ（％）となる範囲の中で、最も高い回転数Ｎｍｉｓｍｘを求める。発電量Ｗはエンジンの運転時間を短くするための条件に対応し、ｋ，ｊは実際のエンジン特性、モータ特性に応じて設定される所定の定数で、例えば８０（％）である。
【００２４】
失火率が大きくなるとＮｍｉｓｍｘは小さくなるので、運転可能な最低回転数（例えば１２００ｒｐｍ）を設定し、Ｎｍｉｓｍｘが最低回転数よりも低い場合には、この最低回転数をＮｍｉｓｍｘとする。このようにして得られた回転数Ｎｍｉｓｍｘを、上記の目標回転数ＴＮｍｇ１として設定する。図３の運転線Ｆは、それぞれの失火率毎に求められたＮｍｉｓｍｘをつなぎ合わせたものである。従って、失火発生時には、失火率に応じて運転線Ｆ上のポイントを選ぶことにより、目標回転数ＴＮｍｇ１及び目標エンジントルクＴＴｅｎｇを得ることができる。
【００２５】
再び図２を参照して、Ｓ１３では、触媒温度がダメージを受けることのない所定温度以下であるかを判定する。触媒温度が所定温度を越えており、触媒がダメージを受けるおそれがある場合には、Ｓ１４へ進み、目標エンジントルクＴＴｅｎｇ及び目標回転数ＴＮｍｇ１を０に設定する。Ｓ１５では、Ｓ１０，Ｓ１２，Ｓ１４で設定されたＴＴｅｎｇ、ＴＮｍｇ１及びＴＴｍｇ２に応じた指令信号を、対応するコントローラ２１，２２へ送信する。
【００２６】
以上のような本実施例によれば、以下に列記する作用効果を奏することができる。
【００２７】
（１）エンジン１１が失火していると判定され、かつ、ＳＯＣが所定の基準値以上（発電の必要がない）である第１の条件の場合には、第２モータジェネレータ１３のみを車両走行用駆動源とするモータ走行を行うとともに、エンジン１１を停止している（Ｓ３，Ｓ１１，Ｓ１４）。従って、失火中にエンジン１１を運転することによる触媒へのダメージを確実に回避しつつ、第２モータジェネレータ１３により車両の走行を継続することができる。
【００２８】
（２）エンジン失火と判定され、かつ、ＳＯＣが所定値未満である第２の条件のときには、第２モータジェネレータ１３によるモータ走行を行うとともに、第１モータジェネレータ１２を発電駆動するのみのためにエンジン１１を運転している（Ｓ３，Ｓ１１，Ｓ１２）。従って、第２モータジェネレータ１３による走行を継続しつつ、エンジン１１の運転を、バッテリ１４の蓄電量を維持するために最低限必要なレベルに制限して、エンジン運転に起因する触媒温度の上昇を最小限に抑制することができる。
【００２９】
（３）エンジン失火と判定され、かつ、触媒温度が所定温度以上である第３の条件のときには、強制的にエンジン１１を停止している（Ｓ３，Ｓ１３，Ｓ１４）。従って、エンジンの運転による触媒の温度上昇が確実に回避され、触媒に多大なダメージを与えることを確実に回避することができる。
【００３０】
（４）エンジンの失火を判定すると、エンジンを走行用駆動源として用いることを禁止し、第２モータジェネレータ１３によるモータ走行のみを許容している。発電が必要でなければ、エンジンを停止している。バッテリのＳＯＣが所定の基準値未満となり、充電が必要となると、エンジンを運転してバッテリの充電を行う。失火中における走行速度は第２モータジェネレータ１３の出力のみで走行可能な速度に制限している。このように、失火発生時には、エンジンの運転を発電のためだけに制限し、ＳＯＣに応じてエンジンの運転と停止とを繰り返すことにより、エンジンの停止期間では触媒温度が低下し、触媒の温度上昇が抑えられるため、触媒へのダメージを充分に小さくしつつ、第２モータジェネレータ１３の最大出力範囲内ではあるが、車両の走行を継続することが可能となる。
【００３１】
（５）失火判定中におけるエンジンの運転領域、すなわちエンジンの回転数及びトルクは、図３に示すような制御マップを用い、エンジンの失火率に応じて適切に設定される。基本的には、エンジントルク及びエンジン回転数を、エンジンを所定時間連続的に作動させても触媒がダメージを受けない程度の低い値に制限している。また、エンジンの失火率が大きいほど、触媒に与えるダメージが大きくなるので、エンジンのトルク及び回転数を低くする。更に、発電量Ｗが所定値Ｗｍａｘ×ｋ、発電効率βが所定値βｍａｘ×ｊ以上の範囲の中で、エンジン回転数及びトルクを設定しているため、充電時間、つまりエンジン作動時間を効果的に短縮することができる。加えて、上記の範囲で可能な限りエンジントルクが低くエンジン回転数が高いポイントを選んでいるため、失火による不快な振動を有効に抑制することができる。
【００３２】
（６）エンジンの失火率が大きいような場合に、バッテリを充分に充電できるようにエンジンの運転領域を設定すると、エンジンの回転数及びトルクが大きくなって、触媒がダメージ受けるおそれがある。そこで、触媒温度を推定し、失火中に触媒温度がダメージを受けるおそれのある所定温度に達したら、触媒温度が充分に低くなるまで、エンジンの運転を停止している（Ｓ１３，Ｓ１４）。従って、可能な限りバッテリを充電しつつ、触媒がダメージを受けることを確実に回避することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例に係るハイブリッド車の制御装置を示すシステム構成図。
【図２】本実施例の制御の流れを示すフローチャート。
【図３】失火時におけるエンジン運転領域を設定するための制御マップ。
【符号の説明】
１１…エンジン
１２…第１モータジェネレータ（発電機）
１３…第２モータジェネレータ（走行用モータ）
１４…バッテリ
１５…後輪（主駆動輪）
１６…前輪（副駆動輪）
１７…自動変速機（クラッチ要素）
２１〜２５…コントローラ

Claims (5)

1. 車両走行用駆動源としてのエンジン及び走行用モータと、上記エンジンにより駆動される発電機と、上記走行用モータ及び発電機に接続するバッテリと、上記エンジンの失火を判定する失火判定手段と、を有するハイブリッド車の制御装置において、
   少なくとも上記エンジンの失火と、上記バッテリの蓄電量が所定値以上であることと、を含む第１の条件のときに、上記走行用モータのみを車両走行用駆動源とするモータ走行を行うとともに、上記エンジンを停止し、
   かつ、上記エンジンの失火と、上記バッテリの蓄電量が上記所定値未満であることと、を含む第２の条件のときに、上記モータ走行を行うとともに、上記発電機を駆動するのみのためにエンジンを運転するハイブリッド車の制御装置。
2. 上記第２の条件のときに、上記エンジンの失火率に応じて、上記エンジンの運転領域を設定する請求項１に記載のハイブリッド車の制御装置。
3. 上記エンジンの運転領域は、少なくとも発電効率が所定値以上となる範囲の中で、エンジン回転数が最も大きくなるように設定される請求項２に記載のハイブリッド車の制御装置。
4. 上記エンジンの失火と、排気系に配設される触媒の温度が所定温度を越えていることと、を含む第３の条件のときに、上記エンジンを停止する請求項１〜３のいずれかに記載のハイブリッド車の制御装置。
5. 上記ハイブリッド車が、上記エンジンにより駆動される主駆動輪と、上記走行用モータにより駆動される副駆動輪と、上記エンジン及び上記発電機と上記主駆動輪との連結を切断するクラッチ要素と、を有する請求項１〜４のいずれかに記載のハイブリッド車の制御装置。

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