JP6040961B2 - 車両制御システム - Google Patents

Description

本発明は、動力分割機構を用いるハイブリッド車を制御する車両制御システムに関する。

従来、マイコンによる電子スロットル弁の制御が正常に行われない異常状態である場合に、スロットル弁を駆動するモータを強制的に停止させる技術が知られている（例えば、特許文献１を参照）。

特開２０１１−１２７５４６号公報

動力分割機構を用いるハイブリッド車は、車軸を主にモータで駆動する。このため、ハイブリッド車を制御するマイコンで異常が発生した場合には、上記モータを強制的に停止させることになる。

しかし、動力分割機構を用いるハイブリッド車では、動力分割機構を介して２つのモータとエンジンとが連結されている。このため、モータを駆動するためのモータが強制的に停止させられた場合においてエンジンが回転していると、エンジンの回転数によっては、もう一方のモータの回転数が大きくなり過ぎて、このモータが破損してしまうおそれがあった。

本発明は、こうした問題に鑑みてなされたものであり、動力分割機構を用いるハイブリッド車において、過回転によるモータの破損を抑制することを目的とする。

上記目的を達成するためになされた本発明の車両制御システムは、ハイブリッド車制御装置と、モータ制御装置と、エンジン制御装置と、停止手段とを備える。
本発明の車両制御システムでは、ハイブリッド車制御装置が、エンジンの動力を第１モータジェネレータおよび車軸に分割して伝達する動力分割機構と、車軸に動力を伝達する第２モータジェネレータとを有するハイブリッド車を制御する。またモータ制御装置が第１モータジェネレータと第２モータジェネレータを制御し、エンジン制御装置がエンジンを制御する。そして停止手段が、ハイブリッド車制御装置に異常が発生した場合に、第２モータジェネレータを強制的に停止させる。またエンジン制御装置は、エンジン回転制限手段を備える。そしてエンジン回転制限手段が、停止手段による第２モータジェネレータの強制停止が実行中であり、且つ、第１モータジェネレータの回転数が予め設定された過回転判定回転数以上になる場合に、第１モータジェネレータの回転数が過回転判定回転数未満となるように、エンジンの回転数を制限する制御を行う。

このように構成された本発明の車両制御システムは、ハイブリッド車制御装置に異常が発生した場合に第２モータジェネレータを強制的に停止させる。このため、ハイブリッド車制御装置に異常により第２モータジェネレータを正常に制御できなくなったとしても、第２モータジェネレータから車軸に過大な駆動力が伝達される事態の発生を回避することができる。

さらに本発明の車両制御システムは、停止手段による第２モータジェネレータの強制停止が実行中であり、且つ、第１モータジェネレータの回転数が過回転判定回転数以上になる場合に、エンジンの回転数を制限する制御を行う。このため、動力分割機構を介してエンジンの動力が伝達される第１モータジェネレータにおいて、エンジンの回転数の上昇に起因して第１モータジェネレータの回転数が過回転判定回転数以上になる事態の発生を抑制することができ、過回転による第１モータジェネレータの破損を抑制することができる。

車両制御システム１の構成を示すブロック図である。 車両制御システム１が搭載された車両の駆動系の構成を示す平面図である。 動力分割機構３０の共線図である。 監視処理の手順を示すフローチャートである。 回転制限処理の手順を示すフローチャートである。 車両制御システム１の動作を示すタイミングチャートである。

以下に本発明の実施形態を図面とともに説明する。
本実施形態の車両制御システム１は、ハイブリッド車（Hybrid Vehicle）に搭載され、図１に示すように、ハイブリッド車電子制御装置２と、エンジン電子制御装置３と、モータジェネレータ電子制御装置４と、インバータ５を備える。以下、ハイブリッド車電子制御装置２をＨＶＥＣＵ（Hybrid Vehicle Electronic Control Unit）２という。またエンジン電子制御装置３をエンジンＥＣＵ３という。またモータジェネレータ電子制御装置４をＭＧＥＣＵ（Motor Generator Electronic Control Unit）４という。

ＨＶＥＣＵ２は、マイクロコンピュータ１１（以下、マイコン１１という）と監視回路１２を備える。
マイコン１１は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、Ｉ／Ｏ及びこれらの構成を接続するバスラインなどから構成されており、車内ＬＡＮを介してエンジンＥＣＵ３およびＭＧＥＣＵ４とデータ通信可能に接続されている。

マイコン１１は、運転者によるアクセルペダル踏み込み量、運転者によるブレーキペダル操作、および車両の走行速度等を用いて車両の運転状態を検出する。そしてマイコン１１は、検出した運転状態に基づいて、エンジン２１に対して要求するトルク（以下、要求エンジントルクという）と、モータジェネレータ２２，２３に対して要求するトルク（以下、要求モータトルクという）を算出する。その後にマイコン１１は、算出した要求エンジントルクの大きさを示す要求エンジントルク信号をエンジンＥＣＵ３へ送信するとともに、算出した要求モータトルクの大きさを示す要求モータトルク信号をＭＧＥＣＵ４へ送信する。

監視回路１２は、マイコン１１が正常状態であるか異常状態であるかを判断するために予め設定された判定情報をマイコン１１から取得し、マイコン１１が異常状態であると判断した場合に、インバータ５を強制停止させる停止信号をインバータ５へ出力する。

インバータ５は、監視回路１２から停止信号を入力すると、この停止信号をＭＧＥＣＵ４へ出力する。
エンジンＥＣＵ３は、ＨＶＥＣＵ２からの要求エンジントルク信号が示す要求エンジントルクを実現するために必要な吸入空気量、燃料噴射量および点火時期等を算出する。そしてエンジンＥＣＵ３は、この算出結果に基づいて、スロットルモータ、インジェクタおよび点火プラブ等の各種アクチュエータを制御して、エンジン２１を作動させる。

ＭＧＥＣＵ４は、ＨＶＥＣＵ２からの要求モータトルク信号が示す要求モータトルクを実現するように駆動信号をインバータ５へ出力することによって、モータジェネレータ２２，２３を作動させる。またＭＧＥＣＵ４は、インバータ５から停止信号を入力すると、モータジェネレータ２３が強制停止状態であることを示すＭＧ強制停止情報をエンジンＥＣＵ３へ送信する。

図２に示すように、エンジン２１およびモータジェネレータ２２，２３は、動力分割機構３０に連結されている。
動力分割機構３０は、サンギア３１、リングギア３２およびプラネタリキャリア３３を備えた遊星歯車機構により構成されている。

エンジン２１のクランク軸は、プラネタリキャリア３３に連結される。そしてモータジェネレータ２２の回転軸は、サンギア３１に連結されている。またモータジェネレータ２３の回転軸は、リングギア３２に連結されている。これにより、エンジン２１の回転駆動力は、プラネタリキャリア３３を介して、サンギア３１に連結されたモータジェネレータ２２と、リングギア３２に連結されたモータジェネレータ２３とに伝達される。

さらにリングギア３２は、減速ギア機構４１とディファレンシャルギヤ４２を介して、車軸４３に連結されている。このため、エンジン２１を駆動させることにより、エンジン２１の回転駆動力を車軸４３に伝達することができる。同様に、モータジェネレータ２３を駆動させることにより、モータジェネレータ２３の回転駆動力を車軸４３に伝達することができる。

例えば車両の発進時や低速走行時には、エンジン２１を停止させた状態でモータジェネレータ２３を駆動させることにより、モータジェネレータ２３の動力のみで車両を走行させることができる。

また、例えば車両の通常走行時には、エンジン２１を作動させることにより、車軸４３を駆動させて車両を走行させるとともに、モータジェネレータ２２を駆動させて発電させることができる。そして、この発電電力でモータジェネレータ２３を駆動させることにより、エンジン２１の動力にモータジェネレータ２３の動力を追加して車両を走行させることができる。

また上述のように、エンジン２１のクランク軸はプラネタリキャリア３３に連結され、モータジェネレータ２２の回転軸はサンギア３１に連結されて、車軸４３は減速ギア機構４１とディファレンシャルギヤ４２を介してリングギア３２に連結されている。このため、エンジン２１の回転数（以下、エンジン回転数Ｎｅという）と、モータジェネレータ２２の回転数（以下、モータ回転数Ｎｇという）と、車軸４３の回転数（以下、車軸回転数Ｎｄという）は、図３に示す共線図のように、同一直線上に位置するように変化する。

具体的には、エンジン２１と車軸４３との間のギア比を１とした場合におけるエンジン２１とモータジェネレータ２２との間のギア比をＫとすると、エンジン回転数Ｎｅは下式（１）で表される。

Ｎｅ ＝ （Ｎｇ ＋ Ｋ×Ｎｄ）／（Ｋ＋１） ・・・（１）
次に、監視回路１２が実行する処理（以下、監視処理という）を説明する。
監視処理が実行されると、監視回路１２は、図４に示すように、まずＳ１０にて、マイコン１１から取得した判定情報に基づいて、マイコン１１が異常状態であるか否かを判断する。異常状態であるか否かは、例えば「アクセル開度に対して実駆動トルクが異常に大きい」といった現象の発生を検知することにより判断することができる。

ここで、マイコン１１が正常状態である場合には（Ｓ１０：ＮＯ）、監視処理を一旦終了し、Ｓ１０の処理から監視処理を再度実行する。一方、マイコン１１が異常状態である場合には（Ｓ１０：ＹＥＳ）、Ｓ２０にて、インバータ５を強制停止させる停止信号をインバータ５へ出力する。これにより、停止信号がインバータ５に入力し、インバータ５は強制停止する。

そして、Ｓ２０の処理が終了すると、監視処理を一旦終了し、Ｓ１０の処理から監視処理を再度実行する。
次に、エンジンＥＣＵ３が実行する回転制限処理の手順を説明する。回転制限処理は、エンジンＥＣＵ３の動作中に繰り返し実行される処理である。

この回転制限処理が実行されると、エンジンＥＣＵ３は、図５に示すように、まずＳ１００にて、モータジェネレータ２３が停止状態であるか否かを判断する。具体的には、ＭＧＥＣＵ４からＭＧ強制停止情報を受信した場合に、モータジェネレータ２３が停止状態であると判断し、ＭＧ強制停止情報を受信していない場合に、モータジェネレータ２３が停止状態でないと判断する。

ここで、モータジェネレータ２３が停止状態でない場合には（Ｓ１００：ＮＯ）、回転制限処理を一旦終了する。一方、モータジェネレータ２３が停止状態である場合には（Ｓ１００：ＹＥＳ）、Ｓ１１０にて、下式（２）によりエンジン最大回転数Ｎｅｍａｘを算出する。ここで、Ｘは、モータジェネレータ２２の最大回転数（以下、モータ最大回転数Ｘという）である。なお下式（２）は、式（１）のモータ回転数Ｎｇをモータ最大回転数Ｘに置き換えることにより得られる。

Ｎｅｍａｘ ＝ （Ｘ ＋ Ｋ×Ｎｄ）／（Ｋ＋１） ・・・（２）
そしてＳ１２０にて、エンジン２１の回転数（以下、エンジン回転数Ｎｅという）が、予め設定された回転制限判定回転数βをエンジン最大回転数Ｎｅｍａｘから減算した回転数以上であるか否かを判断する。なお、回転制限判定回転数βは、部品故障に至るまでのマージン等を考慮して設定される。例えば、「Ｎｅｍａｘ＞Ｎｅ＞Ｎｅｍａｘ−βの場合には、モータジェネレータ２２の信頼性が低下しないが、Ｎｅ＞Ｎｅｍａｘの場合には、モータジェネレータ２２の信頼性が低下する」という基準で、回転制限判定回転数βが設定される。

なお、後述のモータ制限判定回転数Ｘ１は、下式（３）により算出される。
（Ｎｅｍａｘ−β） ＝ （Ｘ１ ＋ Ｋ×Ｎｄ）／（Ｋ＋１） ・・・（３）
ここで、エンジン回転数Ｎｅが、回転制限判定回転数βをエンジン最大回転数Ｎｅｍａｘから減算した回転数未満である場合には（Ｓ１２０：ＮＯ）、回転制限処理を一旦終了する。一方、エンジン回転数Ｎｅが、回転制限判定回転数βをエンジン最大回転数Ｎｅｍａｘから減算した回転数以上である場合には（Ｓ１２０：ＹＥＳ）、Ｓ１３０にて、電子スロットルの開度を絞るようにスロットルモータを制御する処理を実行することにより、エンジン回転数Ｎｅを小さくする。

その後Ｓ１４０にて、エンジン回転数Ｎｅが、予め設定されたフューエルカット判定回転数αをエンジン最大回転数Ｎｅｍａｘに加算した回転数以上であるか否かを判断する。なお、フューエルカット判定回転数αは、部品故障マージン等を適用して設定される。例えば、「Ｎｅ＞Ｎｅｍａｘ＋αの場合には、モータジェネレータ２２が一発で故障する一方、Ｎｅ＞Ｎｅｍａｘの場合には、モータジェネレータ２２の劣化で済む」という基準で、フューエルカット判定回転数αが設定される。

ここで、エンジン回転数Ｎｅが、フューエルカット判定回転数αをエンジン最大回転数Ｎｅｍａｘに加算した回転数未満である場合には（Ｓ１４０：ＮＯ）、回転制限処理を一旦終了する。一方、エンジン回転数Ｎｅが、フューエルカット判定回転数αをエンジン最大回転数Ｎｅｍａｘに加算した回転数以上である場合には（Ｓ１４０：ＹＥＳ）、Ｓ１５０にて、フューエルカットを実行することにより、エンジン回転数Ｎｅを小さくする。そしてＳ１５０の処理が終了すると、回転制限処理を一旦終了する。

次に、このように構成された車両制御システム１の動作の具体例を説明する。
図６に示すように、まず、マイコン１１が異常状態であると監視回路１２が判断すると（「マイコン１１の状態」の時刻ｔ０１を参照）、監視回路１２は停止信号をインバータ５へ出力する（「停止信号」の時刻ｔ０２を参照）。

これにより、ＨＶＥＣＵ２からのモータジェネレータ２３に対する要求モータトルクの大きさ（要求トルクＲＱ１を参照）に関わらず、モータジェネレータ２３の実トルクＲＴ１が低下し０Ｎ・ｍになる（「モータジェネレータ２３のトルク」の時刻ｔ０２〜ｔ０３を参照）。

その後、エンジン回転数Ｎｅが、（エンジン最大回転数Ｎｅｍａｘ−回転制限判定回転数β）以上になると（「Ｎｅ」の時刻ｔ０４を参照）、エンジン回転数Ｎｅを制限する制御（以下、Ｎｅ制限制御という）を開始する（矢印ＮＣを参照）。

これにより、ＨＶＥＣＵ２からのエンジン２１に対する要求エンジントルクの大きさ（要求トルクＲＱ２を参照）に関わらず、エンジン２１の実トルクＲＴ２が低下し、エンジン回転数Ｎｅが、（エンジン最大回転数Ｎｅｍａｘ−回転制限判定回転数β）未満になると（「Ｎｅ」の時刻ｔ０５を参照）、Ｎｅ制限制御を終了する。その後、エンジン回転数Ｎｅが、（エンジン最大回転数Ｎｅｍａｘ−回転制限判定回転数β）以上になる度に（「Ｎｅ」の時刻ｔ０６，ｔ０７，ｔ０８，ｔ０９，ｔ０１０を参照）、Ｎｅ制限制御が実行される。

このように構成された車両制御システム１では、ＨＶＥＣＵ２のマイコン１１が、エンジン２１の動力をモータジェネレータ２２および車軸４３に分割して伝達する動力分割機構３０と、車軸４３に動力を伝達するモータジェネレータ２３とを有するハイブリッド車を制御する。また、ＭＧＥＣＵ４とインバータ５がモータジェネレータ２２とモータジェネレータ２３を制御し、エンジンＥＣＵ３がエンジン２１を制御する。そして、ＨＶＥＣＵ２の監視回路１２とインバータ５が、ＨＶＥＣＵ２のマイコン１１に異常が発生した場合に、モータジェネレータ２３を強制的に停止させる。またエンジンＥＣＵ３が、監視回路１２とインバータ５によるモータジェネレータ２３の強制停止が実行中であり、且つ、モータジェネレータ２２の回転数が予め設定されたモータ制限判定回転数Ｘ１以上になる場合に、モータジェネレータ２２の回転数がモータ制限判定回転数Ｘ１未満となるように、エンジン２１の回転数を制限する制御を行う（Ｓ１００〜Ｓ１５０）。

これにより車両制御システム１は、ＨＶＥＣＵ２のマイコン１１の異常によりモータジェネレータ２３を正常に制御できなくなったとしても、モータジェネレータ２３から車軸４３に過大な駆動力が伝達される事態の発生を回避することができる。さらに車両制御システム１は、動力分割機構３０を介してエンジン２１の動力が伝達されるモータジェネレータ２２において、エンジン２１の回転数の上昇に起因してモータジェネレータ２２の回転数がモータ制限判定回転数Ｘ１以上になる事態の発生を抑制することができ、過回転によるモータジェネレータ２２の破損を抑制することができる。

またエンジンＥＣＵ３は、エンジン２１の回転数が、（エンジン最大回転数Ｎｅｍａｘ−回転制限判定回転数β）以上になった場合に、モータジェネレータ２２の回転数がモータ制限判定回転数Ｘ１以上になったと判断する（Ｓ１２０）。

これにより、車両制御のために一般的に利用されているエンジン回転数を用いてモータジェネレータ２２の過回転を検出することができる。このため、モータジェネレータ２２の過回転検出のために、モータジェネレータ２２の回転数を示す情報を別途取得する必要がなくなり、車両制御システム１の構成を簡略化することができる。

またエンジンＥＣＵ３は、電子スロットルの開度を制御することにより、エンジン２１の回転数を制限する（Ｓ１３０）。これにより、モータジェネレータ２２の回転数がモータ制限判定回転数Ｘ１を超えている分の回転数（以下、超過回転数という）が大きいほど、電子スロットルの開度を小さくするというように、超過回転数に応じてエンジン２１の回転数を制限する制御を行うことができる。

またエンジンＥＣＵ３は、フューエルカットにより、エンジン２１の回転数を制限する（Ｓ１５０）。フューエルカットによりエンジン２１への燃料供給が抑制されるため、エンジン２１の出力を確実に低下させることができる。これにより、エンジン２１の回転数の制限をより確実に実行することができる。

またエンジンＥＣＵ３は、エンジン回転数Ｎｅが、フューエルカット判定回転数αをエンジン最大回転数Ｎｅｍａｘに加算した回転数以上である場合には（Ｓ１４０：ＹＥＳ）、フューエルカットによりエンジン２１の回転数を制限する（Ｓ１５０）。一方、エンジンＥＣＵ３は、フューエルカット判定回転数αをエンジン最大回転数Ｎｅｍａｘに加算した回転数未満である場合には（Ｓ１４０：ＮＯ）、電子スロットルの開度を制御することによりエンジン２１の回転数を制限する（Ｓ１３０）。

なお、フューエルカットによるエンジン回転数の制限量は、電子スロットル開度の制御によるエンジン回転数の制限量よりも大きい。このため、上記の超過回転数が大きい場合には、フューエルカットを用いる一方、上記の超過回転数が大きくない場合には、電子スロットルの開度の制御を用いるというように、超過回転数の大きさに応じて適切なエンジン回転制限の方法を採用することができる。

また、ＭＧＥＣＵ４とエンジンＥＣＵ３は互いにデータ通信可能に接続されている。そしてＭＧＥＣＵ４は、監視回路１２とインバータ５によるモータジェネレータ２３の強制停止が実行中である場合に、その旨を示すＭＧ強制停止情報をエンジンＥＣＵ３へ送信する。これにより、エンジンＥＣＵ３は、モータジェネレータ２３の強制停止が実行中であるか否かを、異常が発生しているＨＶＥＣＵ２のマイコン１１から取得する必要がなくなり、モータジェネレータ２３の強制停止が実行中であるか否かの判断の信頼性を向上させることができる。

以上説明した実施形態において、モータジェネレータ２２は本発明における第１モータジェネレータ、モータジェネレータ２３は本発明における第２モータジェネレータ、ＨＶＥＣＵ２のマイコン１１は本発明におけるハイブリッド車制御装置、ＭＧＥＣＵ４とインバータ５は本発明におけるモータ制御装置、エンジンＥＣＵ３は本発明におけるエンジン制御装置、監視回路１２とインバータ５は本発明における停止手段、Ｓ１００〜Ｓ１５０の処理は本発明におけるエンジン回転制限手段、モータ制限判定回転数Ｘ１は本発明における過回転判定回転数、（エンジン最大回転数Ｎｅｍａｘ−回転制限判定回転数β）は本発明における過回転判定エンジン回転数、Ｓ１４０の判断条件は本発明における超過判定条件である。

以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の技術的範囲に属する限り種々の形態を採ることができる。
例えば上記実施形態では、図３の共線図により示される関係に基づいて導出された式（２）を用いて、エンジン最大回転数Ｎｅｍａｘを算出するものを示した。式（２）では、車軸回転数Ｎｄを用いてエンジン最大回転数Ｎｅｍａｘを算出する。しかし、リングギア３２の回転数を導出することができる回転数であれば、式（２）において車軸回転数Ｎｄ以外の回転数を用いてもよい。例えば、モータジェネレータ２３の回転軸はリングギア３２に連結されているため、モータジェネレータ２３の回転数を用いてエンジン最大回転数Ｎｅｍａｘを算出するようにしてもよい。

また上記実施形態では、エンジン回転数Ｎｅが、回転制限判定回転数βをエンジン最大回転数Ｎｅｍａｘから減算した回転数以上になると、エンジン回転数を制限する制御を実行するものを示した。しかし、モータジェネレータ２２の回転数（モータ回転数Ｎｇ）を直接計測し、モータ回転数Ｎｇがモータ制限判定回転数Ｘ１以上である場合に、エンジン回転数を制限する制御を実行するようにしてもよい。

また上記実施形態では、ＨＶＥＣＵ２のマイコン１１が異常状態である場合に停止信号を出力するものを示した。しかし、ＭＧＥＣＵ４が異常状態である場合に停止信号を出力するようにしてもよい。

１…車両制御システム、２…ＨＶＥＣＵ、３…エンジンＥＣＵ、４…ＭＧＥＣＵ、５…インバータ、１１…マイコン、１２…監視回路、２１…エンジン、２２，２３…モータジェネレータ、３０…動力分割機構

Claims (3)

1. エンジン（２１）の動力を第１モータジェネレータ（２２）および車軸（４３）に分割して伝達する動力分割機構（３０）と、前記車軸に動力を伝達する第２モータジェネレータ（２３）とを有するハイブリッド車を制御するハイブリッド車制御装置（１１）と、
   前記第１モータジェネレータと第２モータジェネレータを制御するモータ制御装置（４，５）と、
   前記エンジンを制御するエンジン制御装置（３）と、
   前記ハイブリッド車制御装置に異常が発生した場合に、前記第２モータジェネレータを強制的に停止させる停止手段（１２，５）とを備え、
   前記エンジン制御装置は、
   前記停止手段による前記第２モータジェネレータの強制停止が実行中であり、且つ、前記第１モータジェネレータの回転数が予め設定された過回転判定回転数以上になる場合に、前記第１モータジェネレータの回転数が前記過回転判定回転数未満となるように、前記エンジンの回転数を制限する制御を行うエンジン回転制限手段（Ｓ１００〜Ｓ１５０）を備え、
   前記エンジン回転制限手段は、
   前記第１モータジェネレータの回転数が前記過回転判定回転数を超えている分の回転数を超過回転数とし、前記第１モータジェネレータの回転数が前記過回転判定回転数以上である場合において、前記超過回転数が大きいことを示す予め設定された超過判定条件が成立したときには、フューエルカットにより前記エンジンの回転数を制限する一方、前記超過判定条件が成立していないときには、電子スロットルの開度を制御することにより、前記エンジンの回転数を制限する
   ことを特徴とする車両制御システム。
2. 前記エンジン回転制限手段は、
   前記第１モータジェネレータの回転数が前記過回転判定回転数になるときの前記エンジンの回転数を過回転判定エンジン回転数として、前記エンジンの回転数が前記過回転判定エンジン回転数以上になった場合に、前記第１モータジェネレータの回転数が前記過回転判定回転数以上になったと判断する
   ことを特徴とする請求項１に記載の車両制御システム。
3. 前記モータ制御装置と前記エンジン制御装置は互いにデータ通信可能に接続されており、
   前記モータ制御装置は、前記停止手段による前記第２モータジェネレータの強制停止が実行中である場合に、その旨を示す強制停止情報を前記エンジン制御装置へ送信する
   ことを特徴とする請求項１〜請求項２の何れか１項に記載の車両制御システム。