JP2017052496A - ハイブリッド自動車 - Google Patents

Abstract

【課題】車両全体のエネルギ効率の更なる向上を図ると共にバッテリを適正に充電する。
【解決手段】車速Ｖに対するエンジンの回転数がエンジンの高効率動作点における回転数を含む所定範囲内となるように変速線Ｌｂを予め設定しておき、変速線Ｌｂをバッテリの蓄電割合ＳＯＣが低いときには高いときより高車速側になるように変更したものを変速線Ｌｃに設定し、変速線Ｌｃに基づいて自動変速機を制御する。これにより、バッテリの充電パワーを許容パワー以内にしながらエンジン２２を燃費動作線上、特に、高効率動作点で運転することができるから、車両全体のエネルギ効率の更なる向上を図ると共にバッテリを適正に充電することができる。
【選択図】図４

Description

本発明は、ハイブリッド自動車に関する。

従来、この種のハイブリッド自動車としては、エンジンと、電動機と、クラッチと、自動変速機と、蓄電装置と、を備えるものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。クラッチは、エンジンの出力軸と電動機のロータとの間に取り付けられている。自動変速機は、電動機のロータと車軸との間に接続されている。蓄電装置は、電動機と電力をやりとりする。こうしたハイブリッド自動車では、車両の駆動力を維持しつつ蓄電装置を充放電する際に、現在の変速段を維持するより変速段を変更したほうがエンジンの熱効率が向上する場合には、自動変速機の変速段を変更する。これにより、エンジンをより効率よく運転しつつバッテリを充放電している。

特開２０１３−０７１４６７号公報

一般に、ハイブリッド自動車では、エンジンを更に効率よく運転して、車両のエネルギ効率を更に向上させることが望まれている。また、走行用パワーで走行しながらバッテリを充放電する際には、バッテリを充放電するパワーがバッテリに許容される許容パワーの範囲内となるように、適正なパワーでバッテリを充放電する必要がある。したがって、バッテリを適正に充放電するとともに車両全体のエネルギ効率の更なる向上を図ることが望ましい。

本発明のハイブリッド自動車は、車両全体のエネルギ効率の更なる向上を図ると共にバッテリを適正に充電することを主目的とする。

本発明のハイブリッド自動車は、上述の主目的を達成するために以下の手段を採った。

本発明のハイブリッド自動車は、
動力を出力するエンジンと、
動力を入出力可能なモータと、
前記モータの回転軸と車軸に接続された駆動軸とに接続された自動変速機と、
前記モータの回転軸と前記エンジンの出力軸との接続および接続の解除を行なうクラッチと、
前記モータと電力のやりとりが可能なバッテリと、
前記自動変速機を変速する際のアクセル開度と車速との関係である変速線に基づく変速段となるように前記自動変速機を制御すると共に、走行用パワーで走行しながら前記バッテリが充電されるように前記エンジンと前記モータと前記クラッチとを制御する制御手段と、
を備えるハイブリッド自動車であって、
前記制御手段は、車速に対する前記エンジンの回転数が前記エンジンの高効率動作点における回転数を含む所定範囲内となるように前記変速線を設定し、該設定した変速線を前記バッテリの蓄電割合が低いときには高いときより高車速側になるように変更する、
ことを要旨とする。

この本発明のハイブリッド車では、車速に対するエンジンの回転数がエンジンの高効率動作点における回転数を含む所定範囲内となるように変速線を設定し、設定した変速線を、バッテリの蓄電割合が低いときには高いときより高車速側になるように変更する。ここで、「エンジンの高効率動作点」は、エンジンの回転数とトルクとから定められる動作点のうち、エンジンを高い熱効率、例えば、最も良い熱効率で運転可能な動作点として予め定めた動作点である。「変速線」とは、自動変速機の変速段を変更するときにおける車速とアクセル開度との関係としての連続する線として設定される。これによりエンジンの回転数を高効率動作点における回転数に近づけることができる。一般に、走行用パワーが一定の場合には、エンジンを高効率動作点に近い動作点で運転したときには、高効率動作点から遠い動作点で運転させたときより、バッテリを充電するパワー（エンジンを高効率動作点で運転したときのパワーから走行用パワーを減じたパワー）が大きくなる傾向となる。蓄電割合が低いほどバッテリへ充電が許容される許容パワーが大きくなるから、エンジンを高効率動作点に近い動作点で運転しやすくなる。したがって、バッテリを適正に充電することができる。この結果、車両全体のエネルギ効率の更なる向上を図ると共にバッテリを適正に充電することができる。

こうした本発明のハイブリッド自動車において、駆動要求より燃費を優先させることを指示するエコスイッチを備え、前記制御手段は、前記エコスイッチがオンであるときには、車速に対する前記エンジンの回転数が前記エンジンの高効率動作点における回転数を含む所定範囲内となるように前記変速線を設定し、該設定した変速線を前記バッテリの蓄電割合が低いときには高いときより高車速側になるように変更する、ものとしてもよい。エコスイッチがオンのときは、エコスイッチがオフのときと比較すると、エンジン音の変化などに対して乗員がより違和感を抱きにくい。そのため、エコスイッチがオンである場合に、車速に対するエンジンの回転数がエンジンの高効率動作点における回転数を含む所定範囲内となるように変速線を設定し、設定した変速線をバッテリの蓄電割合が低いときには高いときより高車速側になるように変更することにより、エンジン音の変化などによって乗員が違和感を抱くことを抑制することができる。

本発明の一実施例としてのハイブリッド自動車２０の構成の概略を示す構成図である。 ＥＣＵ７０により実行される変速制御ルーチンの一例を示すフローチャートである。 ある走行状態における燃費動作線、走行抵抗ライン，高効率動作点との関係を説明するための説明図である。 ３速を４速にアップシフトする際の変速線Ｌｂ，Ｌｃの一例を示す説明図である。 エンジン２２の動作点を説明するための説明図である。 例えば登り勾配が大きい路面を走行しているときなど走行用パワーが大きいときにおける各変速段における走行抵抗ラインなどを説明するための説明図である。 変形例の変速線設定処理ルーチンの一例を示すフローチャートである。 変形例の変速マップの一例を示すフローチャートである。

次に、本発明を実施するための形態を実施例を用いて説明する。

図１は、本発明の一実施例としてのハイブリッド自動車２０の構成の概略を示す構成図である。実施例のハイブリッド自動車２０は、図示するように、エンジン２２と、自動変速機３０と、モータＭＧと、インバータ４２と、バッテリ５０と、クラッチ６０と、電子制御ユニット（以下、「ＥＣＵ」という）７０と、を備える。

エンジン２２は、ガソリンや軽油などを燃料として動力を出力する内燃機関として構成されている。

モータＭＧは、例えば同期発電電動機として構成されている。このモータＭＧは、回転軸４６が、クラッチ６０を介してエンジン２２のクランクシャフト２６に接続されている。インバータ４２は、電力ライン５４を介してバッテリ５０に接続されている。モータＭＧは、ＥＣＵ７０によって、インバータ４２の図示しない複数のスイッチング素子がスイッチング制御されることにより、回転駆動される。

自動変速機３０は、例えば、油圧駆動による８段変速式の自動変速機として構成されており、入力軸がモータＭＧの回転軸４６に接続されると共に出力軸が駆動輪３８ａ，３８ｂにデファレンシャルギヤ３７を介して連結された駆動軸３６に接続されている。この自動変速機３０は、モータＭＧの回転軸４６の動力を８段階に変速して駆動軸３６に出力する。

バッテリ５０は、例えばリチウムイオン二次電池やニッケル水素二次電池として構成されている。このバッテリ５０は、上述したように、電力ライン５４を介してインバータ４２に接続されている。

クラッチ６０は、例えば、油圧駆動の摩擦式クラッチとして構成されており、上述したように、モータＭＧの回転軸４６とエンジン２２のクランクシャフト２６との間に設けられている。このクラッチ６０は、係合時には、モータＭＧの回転軸４６とエンジン２２のクランクシャフト２６とを連結し、解放時には、モータＭＧの回転軸４６とエンジン２２のクランクシャフト２６との連結を解除する。

ＥＣＵ７０は、図示しないが、ＣＰＵを中心とするマイクロプロセッサとして構成されており、ＣＰＵの他に、処理プログラムを記憶するＲＯＭやデータを一時的に記憶するＲＡＭ，入出力ポートを備える。ＥＣＵ７０には、各種センサからの信号が入力ポートを介して入力されている。各種センサからの信号としては、以下のものを挙げることができる。
・エンジン２２のクランクシャフト２６の回転位置を検出するクランクポジションセンサ２３からのクランク角θｃｒ
・エンジン２２のスロットルバルブのポジションを検出するスロットルバルブポジションセンサからのスロットル開度ＴＨ
・モータＭＧの回転子の回転位置を検出する回転位置検出センサ４４からの回転位置θｍ
・モータＭＧの各相に流れる電流を検出する電流センサからの相電流
・自動変速機３０の入力軸に取り付けられた回転数センサからの入力軸の回転数Ｎｉｎ
・自動変速機３０の出力軸に取り付けられた回転数センサからの出力軸の回転数Ｎｏｕｔ
・バッテリ５０の端子間に設置された電圧センサ５１ａからの電池電圧Ｖｂ
・バッテリ５０の出力端子に取り付けられた電流センサ５１ｂからの電池電流Ｉｂ
・バッテリ５０に取り付けられた温度センサからの電池温度Ｔｂ
・イグニッションスイッチ８０からのイグニッション信号
・シフトレバー８１の操作位置を検出するシフトポジションセンサ８２からのシフトポジションＳＰ
・アクセルペダル８３の踏み込み量を検出するアクセルペダルポジションセンサ８４からのアクセル開度Ａｃｃ
・ブレーキペダル８５の踏み込み量を検出するブレーキペダルポジションセンサ８６からのブレーキペダルポジションＢＰ
・車速センサ８８からの車速Ｖ
・駆動要求より燃費を優先させることを指示するＥＣＯスイッチ９０からのエコ信号ＥＣＯ

ＥＣＵ７０からは、種々の制御信号が出力ポートを介して出力されている。種々の制御信号としては、以下のものを挙げることができる。
・エンジン２２の燃料噴射弁，スロットルバルブのポジションを調節するスロットルモータ，イグナイタと一体化されたイグニッションコイルなどへの制御信号
・インバータ４２への制御信号
・自動変速機３０への制御信号
・クラッチ６０のオンオフを制御するための制御信号

ＥＣＵ７０は、クランクポジションセンサ２３からのクランク角θｃｒに基づいて、クランクシャフト２６の回転数、即ち、エンジン２２の回転数Ｎｅを演算している。また、ＥＣＵ７０は、回転位置検出センサ４４からのモータＭＧの回転子の回転位置θｍに基づいてモータＭＧの回転数Ｎｍを演算している。さらに、ＥＣＵ７０は、電流センサ５１ｂからの電池電流Ｉｂの積算値に基づいて蓄電割合ＳＯＣを演算している。蓄電割合ＳＯＣは、バッテリ５０の全容量に対するバッテリ５０から放電可能な電力の容量の割合である。

こうして構成された実施例のハイブリッド自動車２０では、クラッチ６０を接続してエンジン２２の動力で走行するエンジン走行や，クラッチ６０の接続を解除して、エンジン２２を運転停止してモータＭＧの動力で走行するモータ走行により走行する。エンジン走行では、走行状態によっては、モータＭＧを駆動してエンジン２２の動力にモータＭＧの動力を付加して走行することもある。なお、モータ走行については、本発明の中核をなさないため、その説明を省略する。

エンジン走行では、ＥＣＵ７０は、自動変速機３０に対しては、アクセルペダルポジションセンサ８４からのアクセル開度Ａｃｃと車速Ｖと変速図とを用いて自動変速機３０の目標変速段Ｓ＊を設定し、変速段が目標変速段Ｓ＊になるよう自動変速機３０を制御する。目標変速段Ｓ＊の設定は、変速図において、アクセル開度Ａｃｃと車速Ｖとの関係が、後述する変速線設定処理ルーチンで設定される変速線Ｌｃを超えるか否かを判定し、変速線Ｌｃを超えないときには現在の変速段を目標変速段Ｓ＊に設定し、変速線Ｌｃを越えたときには対応する１速〜８速のいずれかに目標変速段Ｓ＊を設定する。

ここで、変速線Ｌｃの設定について説明する。最初に、自動変速機３０をアップシフトする際の変速線Ｌｃについて説明する。図２は、ＥＣＵ７０により実行される変速線設定処理ルーチンの一例を示すフローチャートである。本ルーチンは、エンジン走行時に、所定時間毎（例えば、数ｍｓｅｃ毎）に繰り返し実行される。

変速線設定処理ルーチンが実行されると、ＥＣＵ７０は、バッテリ５０の蓄電割合ＳＯＣを入力する処理を実行する（ステップＳ１００）。ここで、蓄電割合ＳＯＣは、電流センサ５１ｂからの電池電流Ｉｂに基づいて演算された値を入力している。

続いて、蓄電割合ＳＯＣを用いて変速線Ｌｃを設定し（ステップＳ１１０）、本ルーチンを終了する。変速線Ｌｃの設定は、以下のように行なわれる。まず、変速線Ｌｃの設定に先立って、バッテリ５０の蓄電割合ＳＯＣの管理範囲の中心値Ｓ０における変速線Ｌｂを予め設定する。図３は、ある走行状態における燃費動作線、走行抵抗ライン，高効率動作点との関係を説明するための説明図である。図中、実線は、エンジン２２の効率がよい動作点（トルクと回転数とで定まる点）を連続してつないだ燃費動作線と、３速〜５速における走行抵抗を示す走行抵抗ラインである。破線は、アクセル開度Ａｃｃと車速Ｖとにより定まる走行用パワーＰｄｒｖが一定の曲線である。変速線Ｌｂの設定では、走行用パワーＰｄｒｖ＊が一定の曲線と各変速段における走行抵抗ラインとの交点のうちエンジン２２の回転数Ｎｅが高効率動作点（熱効率が最良となる動作点）における回転数Ｎｅｆと一致する交点（点ａ）に対応する変速段ｅｆｆを導出し（ここでは、例えば３速であるものとする）、ある走行状態におけるアクセル開度Ａｃｃと車速Ｖと変速段ｅｆｆとの関係を求める。同様な方法で、様々な走行状態に対してアクセル開度Ａｃｃと車速Ｖと変速段ｅｆｆとの関係を求め、アクセル開度Ａｃｃと車速Ｖとにより変速段ｅｆｆが決まるように変速線Ｌｂを設定する。図４は、３速を４速にアップシフトする際の変速線Ｌｂの一例を示す説明図である。図中、実線は、変速線Ｌｂを示している。一点鎖線、破線については後述する。図４においては、説明を簡単にするために、３速を４速にアップシフトする際の変速線Ｌｂのみを記載したが、例えば４速から５速にアップシフトするための変速線Ｌｂについても、３速を４速にアップシフトする際の変速線Ｌｂと同様に設定することができる。

蓄電割合ＳＯＣが中心値Ｓ０より低いときには、予め設定している変速線Ｌｂを高車速側に平行移動させたものを変速線Ｌｃに設定し、蓄電割合ＳＯＣが値Ｓ０より高いときには、変速線Ｌｂを低車速側に平行移動させたものを変速線Ｌｃに設定する。図４には、蓄電割合ＳＯＣが中心値Ｓ０より低いときの変速線Ｌｃの一例を一点鎖線に示し、蓄電割合ＳＯＣが中心値Ｓ０より高いときの変速線Ｌｃの一例を破線に示す。例えば、図４において、アクセル開度Ａｃｃと車速Ｖとに対応する点Ｐ１から点Ｐ２に変化する場合、蓄電割合ＳＯＣが低いときには、目標変速段Ｓ＊が３速に設定され、蓄電割合ＳＯＣが高いときには、目標変速段Ｓ＊がアップシフトされて４速に設定される。

なお、自動変速機３０をダウンシフトする際の変速線Ｌｃについては、自動変速機３０をアップシフトする際の変速線Ｌｃを低車速側へ平行に移動させることにより得られる。

ＥＣＵ７０は、エンジン２２およびモータＭＧに対しては、アクセル開度Ａｃｃと車速Ｖとに基づいて走行用パワーＰｄｒｖを設定し、バッテリ５０の蓄電割合ＳＯＣに基づいて許容パワーＰｍａｘ（バッテリ５０を充電する場合には正の値）を設定する。ここで、許容パワーＰｍａｘは、バッテリ５０の蓄電割合ＳＯＣを管理範囲内に収めるためのパワーであり、蓄電割合ＳＯＣが低いほど大きくなるよう設定される。続いて、エンジン２２の回転数Ｎｅを自動変速機３０を目標変速段Ｓ＊にしたときのエンジンの回転数に維持しつつ、エンジン２２を燃費動作線上で運転したときにエンジン２２から出力されるパワーＰｅ＊を計算し、パワーＰｅ＊から走行用パワーＰｄｒｖを減じたものをバッテリ５０の充電パワーＰｂ＊とし、エンジン２２からパワーＰｅ＊が出力されると共にバッテリ５０が充電パワーＰｂ＊で充電されるよう、エンジン２２とモータＭＧを制御する。図５は、エンジン２２の動作点を説明するための説明図である。こうした制御により、エンジン２２は燃費動作線上で運転される。蓄電割合ＳＯＣが低いときには、図示するように、自動変速機３０が例えば３速に制御されて、エンジン２２の回転数Ｎｅが回転数Ｎｅｆとなり、エンジン２２の動作点は点ａ｀（高効率動作点）となる。エンジン２２を高効率動作点で駆動するから、エンジン２２の熱効率を最良にすることができる。エンジン２２を高効率動作点に近い動作点で運転したときには、高効率動作点から遠い動作点で運転させたときより、充電パワーＰｂ＊が大きくなる傾向となる。蓄電割合ＳＯＣが低いときには、許容パワーＰｍａｘｐが比較的大きいから、バッテリ５０を許容パワーＰｍａｘの範囲内で適正に充電できる。また、蓄電割合ＳＯＣが高いときには、図示するように、自動変速機３０が４速、更に蓄電割合ＳＯＣが高いときには５速にアップシフトされ、エンジン２２の動作点は点ｂ’，点ｃ’へと移る。このようにエンジン２２を燃費動作線上で運転することができるから、エンジン２２の熱効率の向上を図ることができる。また、許容パワーＰｍａｘは、蓄電割合ＳＯＣが高いほど小さくなるが、充電パワーＰｂ＊が蓄電割合ＳＯＣが高いほど小さくなるが、蓄電割合ＳＯＣが高いほど充電パワーＰｂ＊が小さくなるから、バッテリ５０を許容パワーＰｍａｘの範囲内で充電することができる。このように、バッテリ５０を適正に充電することができる。

図５は、例えば登り勾配が大きい路面を走行しているときなど走行用パワーが大きいときにおける各変速段における走行抵抗ラインなどを図示している。図中、動作点ｄ，ｅは、自動変速機３０を５速，７速としたときの走行抵抗ラインと走行用パワーＰｄｒｖが一定の曲線との交点を示している。図示するように、この場合において、エンジン２２を点ａ’（高効率動作点）や燃費動作線上の点ｅ’で運転することができるから、エンジン２２を効率よく運転することができ、車両全体のエネルギ効率の更なる向上を図ると共にバッテリ５０を適正に充電することができる。

以上説明した実施例のハイブリッド自動車２０では、車速Ｖに対するエンジン２２の回転数がエンジン２２の高効率動作点における回転数Ｎｅｆを含む所定範囲内となるように変速線Ｌｂを設定し、設定した変速線Ｌｂをバッテリ５０の蓄電割合ＳＯＣが低いときには高いときより高車速側になるように変更したものを変速線Ｌｃに設定し、変速線Ｌｃに基づいて目標変速段Ｓ＊を設定し、自動変速機３０を目標変速段Ｓ＊に制御する。これにより、バッテリ５０の充電パワーＰｂ＊を許容パワーＰｍａｘ以内にしながらエンジン２２を燃費動作線上、特に、高効率動作点で運転することができるから、車両全体のエネルギ効率の更なる向上を図ると共にバッテリを適正に充電することができる。

実施例のハイブリッド自動車２０では、図２の変速線設定処理に示すように、エンジン走行中に、蓄電割合ＳＯＣとを用いて変速線Ｌｃを設定するものとしたが、図７の変形例の変速線設定処理ルーチンに示すように、ＥＣＯスイッチ９０がオフのときには蓄電割合ＳＯＣに対して変速線を変更しないものとして通常の変速線（例えば、エンジン音や振動などに対して乗員が違和感を覚えないように設定した変速線）とし（ステップＳ２００，Ｓ２１０）、ＥＣＯスイッチ９０がオンのときに蓄電割合ＳＯＣが低いほど高車速側となるよう変速線Ｌｃを設定する（ステップＳ２００，Ｓ１１０）ものとしてもよい。こうすればステップＳ１１０の処理により、通常とはエンジン音や振動が変化したときでも、ＥＣＯスイッチ９０がオンのときには、乗員はエンジン音や振動が大きくなったことをＥＣＯスイッチ９０をオンしたことに起因すると認識するから、乗員に違和感を与えることを抑制することができる。

実施例のハイブリッド自動車２０では、図４に示すように、変速線を、蓄電割合ＳＯＣが低いほど高車速側へ平行移動するものとしたが、図８の変形例の変速マップに示すように、車速Ｖが値Ｖｒｅｆ以上アクセル開度Ａｃｃが所定値Ａｃｃｒｅｆ以上のときに、蓄電割合ＳＯＣが低いほど車速Ｖの増加量に対するアクセル開度Ａｃｃの増加量が大きくなるように変速線を変更するものとしてもよい。

実施例の主要な要素と課題を解決するための手段の欄に記載した発明の主要な要素との対応関係について説明する。実施例では、エンジン２２が「エンジン」に相当し、モータＭＧが「モータ」に相当し、自動変速機３０が「自動変速機」に相当し、クラッチ６０が「クラッチ」に相当し、バッテリ５０が「バッテリ」に相当し、ＥＣＵ７０が「制御手段」に相当する。

なお、実施例の主要な要素と課題を解決するための手段の欄に記載した発明の主要な要素との対応関係は、実施例が課題を解決するための手段の欄に記載した発明を実施するための形態を具体的に説明するための一例であることから、課題を解決するための手段の欄に記載した発明の要素を限定するものではない。即ち、課題を解決するための手段の欄に記載した発明についての解釈はその欄の記載に基づいて行なわれるべきものであり、実施例は課題を解決するための手段の欄に記載した発明の具体的な一例に過ぎないものである。

以上、本発明を実施するための形態について実施例を用いて説明したが、本発明はこうした実施例に何等限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、種々なる形態で実施し得ることは勿論である。

本発明は、ハイブリッド自動車の製造産業などに利用可能である。

２０ ハイブリッド自動車、２２ エンジン、２３ クランクポジションセンサ、２６ クランクシャフト、３０ 自動変速機、３６ 駆動軸、３７ デファレンシャルギヤ、３８ａ，３８ｂ 駆動輪、４２ インバータ、４４ 回転位置検出センサ、４６ 回転軸、
５０ バッテリ、５１ａ 電圧センサ、５１ｂ 電流センサ、５４ 電力ライン、６０ クラッチ、７０ 電子制御用ユニット（ＥＣＵ）、８０ イグニッションスイッチ、８１ シフトレバー、８２ シフトポジションセンサ、８３ アクセルペダル、８４ アクセルペダルポジションセンサ、８５ ブレーキペダル、８６ ブレーキペダルポジションセンサ、８８ 車速センサ、９０ ＥＣＯスイッチ、ＭＧ モータ。

Claims (1)

1. 動力を出力するエンジンと、
   動力を入出力可能なモータと、
   前記モータの回転軸と車軸に接続された駆動軸とに接続された自動変速機と、
   前記モータの回転軸と前記エンジンの出力軸との接続および接続の解除を行なうクラッチと、
   前記モータと電力のやりとりが可能なバッテリと、
   前記自動変速機を変速する際のアクセル開度と車速との関係である変速線に基づく変速段となるように前記自動変速機を制御すると共に、走行用パワーで走行しながら前記バッテリが充電されるように前記エンジンと前記モータと前記クラッチとを制御する制御手段と、
   を備えるハイブリッド自動車であって、
   前記制御手段は、車速に対する前記エンジンの回転数が前記エンジンの高効率動作点における回転数を含む所定範囲内となるように前記変速線を設定し、該設定した変速線を前記バッテリの蓄電割合が低いときには高いときより高車速側になるように変更する、
   ハイブリッド自動車。

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