特開 2025-2330 ハイブリッド車両の制御装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2025002330

(43)【公開日】2025-01-09

(54)【発明の名称】ハイブリッド車両の制御装置

(51)【国際特許分類】

   B60W 10/08 20060101AFI20241226BHJP

   B60K 6/442 20071001ALI20241226BHJP

   B60K 6/54 20071001ALI20241226BHJP

   B60K 6/52 20071001ALI20241226BHJP

   B60W 20/00 20160101ALI20241226BHJP

   B60L 50/60 20190101ALI20241226BHJP

   B60L 58/12 20190101ALI20241226BHJP

【ＦＩ】

B60W10/08 900

B60K6/442 ZHV

B60K6/54

B60K6/52

B60W20/00 900

B60L50/60

B60L58/12

【審査請求】未請求

【請求項の数】3

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023102431

(22)【出願日】2023-06-22

(71)【出願人】

【識別番号】000003207

【氏名又は名称】トヨタ自動車株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110000028

【氏名又は名称】弁理士法人明成国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】野辺 大悟

【テーマコード（参考）】

3D202

5H125

【Ｆターム（参考）】

3D202AA02

3D202BB12

3D202BB15

3D202CC04

3D202CC42

3D202DD01

3D202DD18

3D202DD24

3D202DD32

3D202FF02

3D202FF04

3D202FF12

3D202FF13

5H125AA01

5H125AB01

5H125AC08

5H125AC12

5H125AC22

5H125BC05

5H125BD17

5H125EE27

5H125EE51

5H125EE52

(57)【要約】

【課題】ハイブリッド車両の制御装置において、エンジン始動時のエンジン回転速度の超過を抑制しつつ、バッテリの過充電を抑制する。
【解決手段】動力源としてのエンジンおよびモータと、モータに給電可能なバッテリとを有し、回生電力によりバッテリに充電可能なハイブリッド車両の制御装置であって、ハイブリッド車両の減速時のバッテリに対する充電電力を推定する充電電力推定部と、充電電力が、バッテリに対する入力可能電力未満である場合に、エンジンを始動させるエンジン始動処理部と、を備え、充電電力推定部は、ハイブリッド車両の減速時のモータの回生により発生する電力である第１の回生電力と、エンジンの始動時にエンジンの回転速度が目標回転速度を超えた場合にモータがエンジンの回転速度を抑制することにより発生するモータの回生電力である第２の回生電力と、を合計して充電電力を推定する。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

動力源としてのエンジンおよびモータと、前記モータに給電可能なバッテリとを有し、回生電力により前記バッテリに充電可能なハイブリッド車両の制御装置であって、
前記ハイブリッド車両の減速時の前記バッテリに対する充電電力を推定する充電電力推定部と、
前記充電電力が、前記バッテリに対する入力可能電力未満である場合に、前記エンジンを始動させるエンジン始動処理部と、
を備え、
前記充電電力推定部は、前記ハイブリッド車両の減速時の前記モータの回生により発生する電力である第１の回生電力と、前記エンジンの始動時に前記エンジンの回転速度が目標回転速度を超えた場合に前記モータが前記エンジンの回転速度を抑制することにより発生する前記モータの回生電力である第２の回生電力と、を合計して前記充電電力を推定する、
制御装置。

【請求項2】

請求項１に記載の制御装置であって、
前記充電電力推定部は、前記ハイブリッド車両の車速と、前記ハイブリッド車両が有する変速機のギヤ比と、前記目標回転速度と、のうちの少なくともいずれかひとつを利用して前記第２の回生電力を推定し、推定された前記第２の回生電力を利用して前記充電電力を推定する、
制御装置。

【請求項3】

請求項１に記載の制御装置であって、
前記充電電力推定部は、予め設定された前記第２の回生電力を利用して前記充電電力を推定する、
制御装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、ハイブリッド車両の制御装置に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、エンジンと、モータと、モータに電力を供給するバッテリと、を備えるハイブリッド車両の制御装置において、バッテリの充電許容量に応じてエンジンを始動させる技術が知られている（特許文献１）。特許文献１に記載の制御装置では、バッテリの充電許容量が少ない場合にモータによりエンジンを始動させて電力を消費させ、バッテリの過充電を抑制している。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１２－１９２８１３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

エンジンの始動時には、エンジンの回転速度が目標回転速度を超過することがあり、かかる場合にはモータによりエンジンの回転速度を抑制する必要がある。しかしながら、モータによりエンジンの回転速度を抑制するとモータの回生によりバッテリが充電されて過充電となるおそれがある。

【課題を解決するための手段】

【0005】

本開示は、以下の形態として実現することが可能である。

【0006】

（１）本開示の一形態によれば、動力源としてのエンジンおよびモータと、前記モータに給電可能なバッテリとを有し、回生電力により前記バッテリに充電可能なハイブリッド車両の制御装置が提供される。この制御装置は、前記ハイブリッド車両の減速時の前記バッテリに対する充電電力を推定する充電電力推定部と、前記充電電力が、前記バッテリに対する入力可能電力未満である場合に、前記エンジンを始動させるエンジン始動処理部と、を備え、前記充電電力推定部は、前記ハイブリッド車両の減速時の前記モータの回生により発生する電力である第１の回生電力と、前記エンジンの始動時に前記エンジンの回転速度が目標回転速度を超えた場合に、前記モータが前記エンジンの回転速度を抑制することにより発生する前記モータの回生電力である第２の回生電力と、を合計して前記充電電力を推定する。
この形態の制御装置によれば、第１の回生電力と第２の回生電力とを合計して充電電力を推定し、充電電力が入力可能電力未満である場合にエンジンを始動させるので、エンジン始動時のエンジン回転速度の超過を抑制しつつ、バッテリの過充電を抑制できる。
（２）上記実施形態において、前記充電電力推定部は、前記ハイブリッド車両の車速と、前記ハイブリッド車両が有する変速機のギヤ比と、前記目標回転速度と、のうちの少なくともいずれかひとつを利用して前記第２の回生電力を推定し、推定された前記第２の回生電力を利用して前記充電電力を推定してもよい。
この形態の制御装置によれば、ハイブリッド車両の車速と、ハイブリッド車両が有する変速機のギヤ比と、目標回転速度と、のうちの少なくともいずれかひとつを利用して第２の回生電力を推定し、推定された第２の回生電力を利用して充電電力を推定するので充電電力をより精度よく推定でき、バッテリの過充電をより安定して抑制できる。
（３）上記実施形態において、前記充電電力推定部は、予め設定された前記第２の回生電力を利用して前記充電電力を推定してもよい。
この形態の制御装置によれば、予め設定された第２の回生電力を利用して充電電力を推定するので、制御装置における処理が煩雑になることを抑制できる。

【図面の簡単な説明】

【0007】

【図1】本実施形態の制御装置を備える駆動システムの概略構成を示す説明図である。

【図2】本実施形態の制御装置の概略構成を示すブロック図である。

【図3】本実施形態の始動判定処理の手順を示すフローチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0008】

Ａ．実施形態：
Ａ－１．システム構成：
図１は、本実施形態の制御装置４０を備える駆動システム１００の概略構成を示す説明図である。駆動システム１００は、ハイブリッド車両として構成された車両２００に搭載されて、車両２００の走行のための動力を伝達する。駆動システム１００は、フロントユニット１０と、リアユニット２０と、バッテリ３０と、制御装置４０と、一対の前輪５０ｆと、一対の後輪５０ｒとを備える。駆動システム１００は、後述するようにエンジンとモータとを備え、車両２００は、エンジンを停止した状態でモータを駆動力源として走行するＥＶ走行モードと、エンジンおよびモータを駆動力源として走行するＨＶ走行モードと、を有する。

【0009】

フロントユニット１０は、エンジン１１と、第１クラッチ１２と、第１モータ１３と、第２クラッチ１４と、変速機１５と、第１インバータ１６と、電動オイルポンプ１７とを有する。

【0010】

エンジン１１は、車両２００の第１の動力源である。エンジン１１は、燃料供給システム（図示省略）から燃料を供給されて内燃機関動作を行うことにより、車両２００の走行のための駆動トルクを発生する。エンジン１１から出力された駆動トルクは、第１クラッチ１２、第１モータ１３、第２クラッチ１４、および変速機１５を介して、一対の前輪５０ｆへ伝達される。

【0011】

第１モータ１３は、車両２００の第２の動力源である。第１モータ１３は、第１インバータ１６から電力を供給されて回転動作することにより、車両２００の走行のための駆動トルクを発生する。第１モータ１３から出力された駆動トルクは、第２クラッチ１４および変速機１５を介して、一対の前輪５０ｆへ伝達される。また、第１モータ１３は、車両２００の減速時にエネルギーを回生することにより、バッテリ３０を充電するための回生電力を発電することができる。また、第１モータ１３は、エンジン１１の始動及びエンジン１１の回転速度制御を行うことができる。

【0012】

第１クラッチ１２は、エンジン１１と第１モータ１３との間の駆動伝達路に設けられている。第１クラッチ１２は、係合状態と解放状態との間で切り替わることにより、駆動伝達路を、切断状態と接続状態との間で切り替えることができる。第１クラッチ１２は、例えば、乾式多板型の油圧式摩擦係合装置であり、互いに重ねられた複数枚の摩擦板を備えて構成されている。なお、第１クラッチ１２の動作は、電動オイルポンプ１７によって制御される。電動オイルポンプ１７は、バッテリ３０から供給される電力を用いて回転動作することにより、第１クラッチ１２に油圧をかけて、第１クラッチ１２を動作させることができる。

【0013】

第２クラッチ１４は、いわゆる「発進クラッチ」であり、第１モータ１３と変速機１５との間の駆動伝達路に設けられている。第２クラッチ１４は、係合状態と解放状態との間で切り替わることにより、駆動伝達路を、切断状態と接続状態との間で切り替えることができる。第２クラッチ１４は、例えば、湿式多板型の油圧式摩擦係合装置であり、互いに重ねられた複数枚の摩擦板を備えて構成されている。第２クラッチ１４の動作は、第１クラッチ１２と同様に電動オイルポンプ１７によって制御される。なお、第１クラッチ１２と第２クラッチ１４とは、互いに異なる油圧制御系統によって制御されてもよい。

【0014】

第１インバータ１６は、制御装置４０からの制御信号に応じて、バッテリ３０から供給される電力を用いて、第１モータ１３へ電力（三相交流電流）を供給することにより、第１モータ１３を駆動させる。これにより、第１インバータ１６は、制御装置４０からの制御信号に応じた回転方向および回転速度で、第１モータ１３の出力軸を回転させることができる。

【0015】

リアユニット２０は、第２モータ２１および第２インバータ２２を有する。

【0016】

第２モータ２１は、車両２００の第３の動力源である。第２モータ２１は、第２インバータ２２から電力を供給されて回転動作することにより、車両２００の走行のための駆動トルクを発生する。第２モータ２１から出力された駆動トルクは、一対の後輪５０ｒへ伝達される。また、第２モータ２１は、車両２００の減速時にエネルギーを回生することにより、バッテリ３０を充電するための回生電力を発電することができる。

【0017】

第２インバータ２２は、制御装置４０からの制御信号に応じて、バッテリ３０から供給される電力を用いて、第２モータ２１へ電力（三相交流電流）を供給することにより、第２モータ２１を駆動させる。これにより、第２インバータ２２は、制御装置４０からの制御信号に応じた回転方向および回転速度で、第２モータ２１の出力軸を回転させることができる。なお、駆動システム１００はリアユニット２０を有さなくてもよく、かかる形態において、後輪５０ｒは、フロントユニット１０により駆動される前輪５０ｆに対して従動回転するように構成されてもよい。

【0018】

バッテリ３０は、第１モータ１３および第２モータ２１に対して、第１インバータ１６および第２インバータ２２を介して給電可能である。また、バッテリ３０は、第１モータ１３および第２モータ２１から第１インバータ１６および第２インバータ２２を介して供給される回生電力を充電可能である。バッテリ３０としては、例えば、リチウムイオン二次電池、ニッケル水素二次電池等が用いられる。

【0019】

制御装置４０は、車両２００に搭載された各種センサから情報を取得する。本実施形態では、制御装置４０は、アクセルペダルセンサ６１からアクセル開度、ブレーキペダルセンサ６２からブレーキペダル踏力、シフトポジションセンサ６３からシフトレバーのシフト位置をそれぞれ取得する。また、制御装置４０は、車速センサ６４から車両２００の車速を取得する。また、制御装置４０は、第１モータ１３に設置された第１回転速度センサ６５から第１モータ１３の回転速度、第２モータ２１に設置された第２回転速度センサ６７から第２モータ２１の回転速度をそれぞれ取得する。また、制御装置４０は、バッテリ３０に設置されたバッテリセンサ６６からバッテリ３０のＳＯＣ（State Of Charge）を取得する。

【0020】

制御装置４０は、各種センサから取得した情報を利用して、上述の駆動システム１００の各部を制御する。より具体的には、制御装置４０は、取得されたアクセル開度やブレーキ踏力に応じた加速度または減速度を実現するように、エンジン１１のエンジントルク制御、第１インバータ１６の制御を介した第１モータ１３の駆動制御、第２インバータ２２の制御を介した第２モータ２１、電動オイルポンプ１７の制御を介した第１クラッチ１２および第２クラッチ１４の切り替え動作の制御を実行する。また、制御装置４０は、取得されたシフト位置に対応したギヤ比となるように変速機１５の変速制御を実行する。また、取得されたバッテリ３０のＳＯＣに応じてバッテリ３０の充放電制御を行う。なお、制御装置４０は、上記制御に限らず、車両２００の駆動制御に関わる種々の制御を実行可能に構成されていてもよい。

【0021】

制御装置４０は、車両２００の減速時にバッテリ３０のＳＯＣが予め定められた閾値以上となった場合に、バッテリ３０への過充電を避けるため、エンジン１１を始動させて電力を消費するとともに、エンジンフリクションにより減速度を発生させる制御を実行する。また、制御装置４０は、エンジン１１の始動時に、エンジン１１の回転速度が目標回転速度を超えるオーバーシュートが発生した場合に、第１モータ１３によりオーバーシュートを抑制する制御（以下、「オーバーシュート抑制制御」とも呼ぶ）を行う。エンジン１１の「目標回転速度」は、ＥＶ走行モードからエンジン１１を始動してＨＶ走行モードに移行する際に発生し得る衝撃を緩和するように設定される回転速度を意味する。目標回転速度は、例えば、第１モータ１３の現在の回転速度の大きさに応じて、第１モータ１３の回転速度とエンジン１１の回転速度との差分の大きさが予め定められた閾値未満となるように決定される。オーバーシュート抑制制御において、エンジン１１の回転速度は、エンジン１１と前輪５０ｆとの間の駆動抵抗および第１モータ１３による抑制トルクにより抑制される。第１モータ１３は、かかる抑制時のエネルギーを回生することにより発電する。以上のようにエンジン１１の始動とオーバーシュート抑制制御とを実現する処理を、以下の説明において「エンジン始動処理」と呼ぶ。

【0022】

図２は、本実施形態の制御装置４０の概略構成を示すブロック図である。図２に示すように、制御装置４０は、ＣＰＵ４１およびメモリ４２を有するＥＣＵ（Electronic Control Unit）として構成されている。ＣＰＵ４１は、メモリ４２に予め記憶されている制御プログラムを実行することにより、充電電力推定部４１１と、エンジン始動処理部４１２と、として機能する。なお、制御装置４０は、上述の駆動システム１００の各部の制御を実行する機能部も備えるが、図２においては、上述のエンジン始動処理の実行に関わる機能部が図示され、他の機能部の図示は省略されている。また、各機能部は、互いに異なる複数のＥＣＵにおいて実現されてもよい。

【0023】

充電電力推定部４１１は、バッテリ３０への充電電力を推定する。「充電電力」は、車両２００の減速時の駆動制御に応じてバッテリ３０へ充電される電力を意味する。本実施形態では、充電電力推定部４１１は、バッテリ３０への充電電力として、車両２００の減速時の第１モータ１３および第２モータ２１の回生により発生する回生電力（以下、「減速時電力」とも呼ぶ）と、第１モータ１３がエンジン１１の回転速度を抑制することにより発生する回生電力（以下、「抑制時電力」とも呼ぶ）とを合計して充電電力を推定する。減速時電力は、本開示における「第１の回生電力」に相当する。また、抑制時電力は、本開示における「第２の回生電力」に相当する。減速時電力および抑制時電力の算出方法については後述する。

【0024】

エンジン始動処理部４１２は、充電電力推定部４１１により推定された充電電力がバッテリ３０の入力可能電力未満である場合に、駆動システム１００の各部を制御し、上述のエンジン始動処理を開始する。「入力可能電力」は、バッテリ３０において、現在のＳＯＣから満充電状態となるまでに入力可能な電力を意味する。入力可能電力が少ない状態でエンジン始動処理を開始すると、充電電力が入力可能電力を上回り過充電となるおそれがあるためである。

【0025】

Ａ－２．始動判定処理：
図３は、本実施形態の始動判定処理の手順を示すフローチャートである。本実施形態では、制御装置４０は、ＥＶ走行モードにおいてバッテリ３０のＳＯＣが予め定められた閾値以上になると始動判定処理を開始する。

【0026】

ステップＳ１０において、充電電力推定部４１１は、減速時電力を算出する。本実施形態では、充電電力推定部４１１は、第１回転速度センサ６５から取得された第１モータ１３の回転速度と、第２回転速度センサ６７から取得された第２モータ２１の回転速度と、ブレーキペダルセンサ６２から取得されたブレーキ踏力により要求されている車両２００の減速度とを利用して、現在の車両２００の走行状態における減速時電力を算出する。

【0027】

ステップＳ２０において、充電電力推定部４１１は、抑制時電力を推定する。本実施形態では、車速センサ６４から取得された車両２００の車速と、変速機１５のギヤ比と、エンジン１１の目標回転速度とのうちの少なくともひとつを利用して、抑制時電力を推定する。

【0028】

より具体的には、車両２００の車速が速い場合には第１モータ１３の回転速度が大きく、車両２００の車速が遅い場合と比較してオーバーシュート時のエンジン回転速度とモータ回転速度の差分が小さいため、第１モータ１３によるエンジン回転速度の抑制量が小さくなり抑制時電力は小さくなる。また、変速機１５のギヤ比が大きい場合、ギヤ比が小さい場合と比較して駆動抵抗が大きくエンジン回転速度が抑制されやすいため、第１モータ１３によるエンジン回転速度の抑制量は小さくなり抑制時電力は小さくなる。また、目標回転速度が大きい場合、目標回転速度が小さい場合と比較してオーバーシュート時のエンジン回転速度と目標回転速度の差分が小さいため、第１モータ１３によるエンジン回転速度の抑制量が小さくなり抑制時電力は小さくなる。

【0029】

ステップＳ３０において、エンジン始動処理部４１２は、減速時電力と抑制時電力との合計である充電電力が入力可能電力未満であるか否かを判定する。

【0030】

充電電力が入力可能電力未満でない場合（ステップＳ３０：Ｎｏ）、言い換えれば、充電電力が入力可能電力以上である場合、充電電力推定部４１１は、再びステップＳ１０を実行する。他方、充電電力が入力可能電力未満である場合（ステップＳ３０：Ｙｅｓ）、ステップＳ４０において、エンジン始動処理部４１２は、エンジン始動処理を開始する。以上で、制御装置４０は始動判定処理を終了する。

【0031】

以上説明した実施形態の制御装置４０によれば、減速時電力と抑制時電力とを合計して充電電力を推定し、充電電力が入力可能電力未満である場合にエンジン１１を始動させるので、エンジン始動時のエンジン回転速度の超過を抑制しつつ、バッテリ３０の過充電を抑制できる。

【0032】

また、車両２００の車速と、変速機１５のギヤ比と、目標回転速度と、のうちの少なくともいずれかひとつを利用して抑制時電力を推定し、推定された抑制時電力を利用して充電電力を推定するので充電電力をより精度よく推定でき、バッテリ３０の過充電をより安定して抑制できる。

【0033】

Ｂ．他の実施形態：
（Ｂ１）上記実施形態において、充電電力推定部４１１は、車両２００の車速、変速機１５のギヤ比、エンジン１１の目標回転速度のうちの少なくともひとつを利用して抑制時電力を推定し、充電電力を推定するが、本開示はこれに限定されない。充電電力推定部４１１は、予め実験等を行うことにより特定され設定された減速時電力を利用して充電電力を推定してもよい。かかる形態によれば、始動判定処理において抑制時電力の推定を行う必要がないので、始動判定処理が煩雑になることを抑制できる。

【0034】

（Ｂ２）上記実施形態において、制御装置４０は、第１モータ１３および第２モータ２１の回転速度を第１回転速度センサ６５および第２回転速度センサ６７からそれぞれ取得して減速時電力を算出するが、本開示はこれに限定されない。制御装置４０は、第１回転速度センサ６５および第２回転速度センサ６７による検出値ではなく、自身が第１インバータ１６および第２インバータ２２に対して指示した第１モータ１３および第２モータ２１の回転速度を利用して減速時電力を算出してもよい。かかる形態によれば、車両２００に第１回転速度センサ６５および第２回転速度センサ６７を搭載する必要がないので、車両２００の製造コストの増加を抑制できる。

【0035】

本開示は、上述の実施形態に限られるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲において種々の構成で実現することができる。例えば、発明の概要の欄に記載した各形態中の技術的特徴に対応する実施形態中の技術的特徴は、上述の課題の一部又は全部を解決するために、あるいは、上述の効果の一部又は全部を達成するために、適宜、差し替えや、組み合わせを行うことが可能である。また、その技術的特徴が本明細書中に必須なものとして説明されていなければ、適宜、削除することが可能である。

【符号の説明】

【0036】

１０…フロントユニット、１１…エンジン、１２…第１クラッチ、１３…第１モータ、１４…第２クラッチ、１５…変速機、１６…第１インバータ、１７…電動オイルポンプ、２０…リアユニット、２１…第２モータ、２２…第２インバータ、３０…バッテリ、４０…制御装置、４１…ＣＰＵ、４２…メモリ、５０ｆ…前輪、５０ｒ…後輪、６１…アクセルペダルセンサ、６２…ブレーキペダルセンサ、６３…シフトポジションセンサ、６４…車速センサ、６５…第１回転速度センサ、６６…バッテリセンサ、６７…第２回転速度センサ、１００…駆動システム、２００…車両、４１１…充電電力推定部、４１２…エンジン始動処理部

【図1】

【図2】

【図3】