JP5077038B2 - シリーズ走行方式のハイブリッド型産業車両におけるエンジン制御方法および制御装置 - Google Patents

Description

この発明は、シリーズ走行方式のハイブリッド型産業車両におけるエンジン制御方法および制御装置に係り、とくにエンジン始動時の制御に関する。

ハイブリッド型産業車両は、走行モータを駆動する方式によって二種類に分けられる。一つは、エンジン、発電機、および走行モータが同軸上に連結された、走行パラレル方式である。この方式では、走行モータの動力源は、エンジンが発生するトルク、および、バッテリによって駆動される発電機（電動機として機能する）が発生するトルクである。
もう一つは、エンジンと発電機が同軸上に連結されているが、走行モータはこれらに機械的には連結されておらず、発電機またはバッテリから供給される電力によって駆動される、走行シリーズ方式である。この方式では、走行モータの動力源は、エンジンが駆動する発電機から供給される電力、および、バッテリから供給される電力である。

これらのうち、走行シリーズ方式ではバッテリの負荷が大きくなりやすく、定格を超えないようにする制御が要求される。たとえば特許文献１には、走行シリーズ方式のハイブリッド車両において、走行モータのトルクを制限することで、バッテリの過放電を防止することが記載されている。

特開２０００−１６６００９号公報

ところで、ハイブリッド車両では一般的に、燃費を向上させるために頻繁にエンジンを停止するので、エンジン始動時の制御が重要となる。
図４に、走行シリーズ方式のハイブリッド型産業車両における、エンジン始動時の電力制御の例を示す。この例では、ディレクションおよびアクセルの両方がオンとなった時点でエンジンを始動するとともに走行を開始する。
まず時刻Ｔｄｉｒ０においてディレクションがオンとなるが、この時点ではアクセルはオフであるためエンジンは始動しない。その後時刻Ｔａｃｃ０においてアクセルがオンとなる。この時点で、バッテリは走行要求を実現するための走行電力Ｐｍ０の全量を走行モータに供給するとともに、エンジン始動電力Ｐｅ０をエンジンに供給する。エンジン始動時間Ｔｅ０後にエンジンの始動が完了し、走行電力Ｐｍ０の一部に相当する電力Ｅｍ０を発電するようになるので、バッテリの放電は電力Ｂｍ０に抑えられる。
なお、図４において、領域Ａ０１はエンジンを始動させるための電力量を表し、領域Ａ０２はエンジンによって発電される電力量を表す。

しかしながら、従来の制御では、エンジンの始動時において、バッテリ過放電の防止と速やかな走行要求の実現との両立が困難であるという問題があった。
たとえば、走行要求を速やかに実現させようとすると、図４のようにエンジン始動電力Ｐｅ０と走行電力Ｐｍ０とをバッテリから同時に供給する必要があるので、放電電力が定格電力Ｂｓ０を超過して過放電となってしまう。逆に、バッテリの過放電を回避しようとすると、走行電力を制限する必要があるので、走行要求を速やかに実現することができない。
なお、特許文献１に記載される技術はエンジンが運転状態であることを前提とした制御であり、エンジン始動時を想定したものではないため、上述の問題を解決するものではない。

この発明は、このような問題点を解決するためになされたものであり、走行シリーズ方式のハイブリッド型産業車両において、バッテリ過放電の防止と速やかな走行要求の実現とを両立させるエンジン制御方法および装置を提供することを目的とする。

上述の問題点を解決するため、この発明に係るエンジン制御方法は、エンジンと、バッテリに接続された発電機とが同軸上に連結され、バッテリまたは発電機から供給される電力によって走行モータを駆動する、シリーズ走行方式のハイブリッド型産業車両におけるエンジン制御方法において、ディレクション信号およびアクセル信号のいずれか一方がオンとなった時に、エンジンを始動させるためのエンジン始動電力をバッテリから発電機へと供給し、ディレクション信号およびアクセル信号の双方がオンとなった時に、走行モータを駆動するための走行電力を、バッテリおよび発電機の少なくとも一方から走行モータへと供給し、エンジン始動電力が供給される前またはエンジン始動電力が供給されている間に、ディレクション信号およびアクセル信号の双方がオンとなった場合、エンジン始動電力と、エンジン始動電力が供給されている間にバッテリから走行モータへと供給される始動時走行電力との和を所定の値以下に制限する。

このような構成によれば、ディレクション信号およびアクセル信号のいずれか一方がオンとなった時点でエンジンを始動させるので、両信号がオンとなる前にエンジンの始動が完了する。このため、両信号がオンとなった時点ではエンジンの始動はもはや不要であり、バッテリはエンジンと協働して走行モータを駆動すればよい。このためバッテリからの放電は抑制され、また、走行モータの駆動が速やかに行われる。

また、このような構成によれば、両信号がオンとなった時点でエンジンを始動させつつ走行を開始することができる。また、バッテリから放電される電力は所定の値以下に抑制される。
エンジン始動電力を時間とともに減少させ、始動時走行電力を時間とともに増加させてもよい。

また、この発明に係るエンジン制御装置方法は、エンジンと、バッテリに接続された発電機とが同軸上に連結され、バッテリまたは発電機から供給される電力によって走行モータを駆動する、シリーズ走行方式のハイブリッド型産業車両におけるエンジン制御装置において、ディレクション信号を検出するディレクションセンサと、アクセル信号を検出するアクセルセンサと、ディレクション信号およびアクセル信号のいずれか一方がオンとなった時に、エンジンを始動させるためのエンジン始動電力をバッテリから発電機へと供給させる、エンジン始動手段と、ディレクション信号およびアクセル信号の双方がオンとなった時に、走行モータを駆動するための走行電力を、バッテリおよび発電機の少なくとも一方から走行モータへと供給させる、走行駆動手段とを備え、エンジン始動手段および走行駆動手段は、エンジン始動電力が供給される前またはエンジン始動電力が供給されている間に、ディレクション信号およびアクセル信号の双方がオンとなった場合、エンジン始動電力と、エンジン始動電力が供給されている間にバッテリから走行モータへと供給される始動時走行電力との和を所定の値以下に制限する。

このような構成によれば、ディレクション信号およびアクセル信号のいずれか一方がオンとなった時点でエンジンを始動させるので、両信号がオンとなる前にエンジンの始動が完了する。このため、両信号がオンとなった時点ではエンジンの始動はもはや不要であり、バッテリはエンジンと協働して走行モータを駆動すればよい。このためバッテリからの放電は抑制され、また、走行モータの駆動が速やかに行われる。

この発明によれば、シリーズ走行方式のハイブリッド型産業車両におけるエンジン制御方法および制御装置は、ディレクション信号およびアクセル信号のいずれか一方がオンとなった時点でエンジンを始動させ、両信号がオンとなった時点で走行モータを駆動するので、エンジン始動電力と走行電力とを同時に供給する必要がなく、バッテリの過放電を防ぐことができる。また、両信号がオンとなった時点ですでにエンジンの始動が完了しているので、走行要求を速やかに実現することができる。

以下、この発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。
実施の形態１．
図１に、実施の形態１に係るエンジン制御装置を備えたハイブリッド型フォークリフトの構成を示す。このハイブリッド型フォークリフトは、シリーズ走行方式で駆動される。エンジン１の駆動軸にクラッチ２を介して発電機３が連結されている。発電機３には電力ライン５を介してバッテリ４および走行モータ６が電気的に接続されている。走行モータ６には走行装置７が連結されている。

そして、エンジン１、クラッチ２、発電機３、電力ライン５、および走行モータ６にＥＣＵ８が電気的に接続されている。さらに、フォークリフトには、アクセルセンサ９およびディレクションセンサ１０が配設されており、これらがそれぞれＥＣＵ８に電気的に接続されている。
なお、ＥＣＵ８は、フォークリフト全体のシステム制御を司るもので、この発明のエンジン始動手段および走行駆動手段を構成している。

エンジン１は、ＥＣＵ８から与えられるエンジン始動指令および停止指令に基づいて始動および停止され、また、ＥＣＵ８から与えられるエンジン出力指令値に基づいてその出力が制御される。エンジン１の駆動軸はクラッチ２を介して発電機３の回転軸と連結されており、クラッチ２を断接制御することによりエンジン１と発電機３との間で動力の断接が行われる。
発電機３は、エンジン１によって駆動されて発電を行う。発電された電力は、ＥＣＵ８から電力ライン５に与えられる電力ライン制御指令に基づき、電力ライン５を介してバッテリ４に充電されるか、または電力ライン５を介して走行モータ６に供給され、これを駆動する。

バッテリ４は、発電機３によって発電された電気を蓄積すると共に、フォークリフトの走行動作や荷役動作のために、必要に応じて適宜駆動電力を供給する。また、停止しているエンジン１を始動させる際には、バッテリ４が発電機３に電力を供給して発電機３を電動機として回転駆動し、これによってエンジン１の始動を補助する。なお、バッテリ４への充電及びバッテリ４からの放電は、上述の電力ライン制御指令に基づき、電力ライン５を介して行われる。

フォークリフトの走行動作は、走行モータ６と、走行モータ６によって駆動される走行装置７とにより行われる。走行モータ６は、上述のように、発電機３およびバッテリ４のいずれから供給される電力によっても駆動可能である。なお、走行減速時には走行モータ６により回生電力が発生し、この回生電力が電力ライン５を介してバッテリ４に蓄積されるように構成されている。

次に、実施の形態１に係るエンジン制御装置による、エンジン始動時の動作について、図２および図３のグラフを参照して説明する。図２は、ハイブリッド型フォークリフトの運転者が、ディレクションレバーの操作とアクセルの操作とを時間をずらして行った場合の動作であり、図３は、運転者がディレクションレバーの操作とアクセルの操作とを同時に行った場合の動作である。
図２および図３において、Ｂｓはバッテリ４の定格電力を表す。また、太実線は、バッテリ４から放電される電力、すなわち、バッテリ４から発電機３または走行モータ６へと供給される電力を表す。さらに、一点鎖線は、運転者からの走行要求を実現させるための電力を表す。

図２において、運転者は、まずディレクションレバーを前後進いずれかに入力する（この時刻をディレクションオン時刻Ｔｄｉｒとする）。これに伴い、ディレクションセンサ１０は、ディレクション信号がオンとなったことを検出する。これに応じてＥＣＵ８はエンジン始動手段として機能し、エンジン１を始動させるためのエンジン始動電力Ｐｅを、バッテリ４から発電機３へと供給させる。

その後、エンジン始動時間Ｔｅが経過した時点で、ＥＣＵ８はエンジン始動電力Ｐｅの供給を終了させる。ここで、エンジン始動時間Ｔｅはエンジン１の始動が完了して運転状態となるのに十分な長さをもって設計されている。よって、エンジン始動時間Ｔｅ後にはエンジン１の始動は完了しており、エンジン１は運転状態となる。なお、図２の領域Ａ１１はエンジン１の始動に用いられる電力量を表す。

その後、運転者はアクセルをオンとする（この時刻をアクセルオン時刻Ｔａｃｃとする）。これに伴い、アクセルセンサ９は、アクセル信号がオンとなったことを検出する。すなわち、この時点でディレクション信号およびアクセル信号の双方がオンとなる。これに応じてＥＣＵ８は走行駆動手段として機能し、走行モータ６を駆動するための走行電力Ｐｍを走行モータ６へと供給させる。ここで、走行電力Ｐｍは、バッテリ４から供給されるバッテリ由来走行電力Ｂｍと、エンジン１から発電機３を経由して供給されるエンジン由来走行電力Ｅｍとの和となる。なお、図２の領域Ａ１２はエンジン１によって発電される電力量を表す。

このように、実施の形態１に係るエンジン制御装置の図２に示す制御によれば、まずディレクション信号がオンとなるディレクションオン時刻Ｔｄｉｒにおいてエンジン１を始動させ、その後両信号がオンとなるアクセルオン時刻Ｔａｃｃにおいて走行モータ６を駆動するので、バッテリ４は、エンジン始動電力Ｐｅと、バッテリ由来走行電力Ｂｍとを同時に供給する必要がない。このため、バッテリ４の過放電を防ぐことができる。また、両信号がオンとなるアクセルオン時刻Ｔａｃｃではすでにエンジン１の始動が完了しているので、バッテリ由来走行電力Ｂｍとエンジン由来走行電力Ｅｍとが協働して走行モータ６を駆動し、走行要求を速やかに実現することができる。

なお、図２の例では、ディレクションレバーの入力がアクセルオンより先になされているが、この順序が逆であってもエンジン制御装置の動作は同様である。すなわち、まずアクセル信号がオンとなった時点で、ＥＣＵ８はエンジン始動手段として機能し、エンジンを始動させるためのエンジン始動電力Ｐｅを、バッテリ４から発電機３へと供給させる。その後、ディレクション信号がオンとなった時点でＥＣＵ８は走行駆動手段として機能し、走行モータ６を駆動するための走行電力を走行モータ６へと供給させる。

次に、図３を用いて、運転者がディレクションレバーの操作とアクセルの操作とを同時に行った場合の動作について説明する。
図３において、運転者は、ディレクションレバーを前後進いずれかに入力すると同時にアクセルをオンとする（この時刻を両信号オン時刻Ｔｄ＋ａとする）。ディレクション信号がオンとなるので、これに応じてＥＣＵ８はエンジン始動手段として機能し、エンジン始動電力をバッテリ４から発電機３へと供給させる。また、エンジン１の始動時に、同時にアクセル信号もオンとなっているので、ＥＣＵ８は同時に走行駆動手段としても機能し、始動時走行電力としての電力を、バッテリ４から走行モータ６へと供給させる。

両信号オン時刻Ｔｄ＋ａにおいて、ＥＣＵ８は、バッテリ４からエンジン１に所定の定格制限電力Ｂｓ’をエンジン始動電力として供給する。この定格制限電力Ｂｓ’は、バッテリ４の定格電力Ｂｓから所定の余裕度Δｓを減算したものである（Δｓは０であってもよい）。また、両信号オン時刻Ｔｄ＋ａでは、走行モータ６へは電力は供給されない。
その後、ＥＣＵ８は、エンジン始動電力を定格制限電力Ｂｓ’から時間とともに減少させるとともに、走行モータ６に供給される始動時走行電力を時間とともに増加させる。たとえば、図３では、エンジン始動電力は時間とともに線形に減少し、この減少と等しい量だけ始動時走行電力が増加する。このような制御によって、バッテリ４から放電される電力は一定値（定格制限電力Ｂｓ’）に保たれる。なお、図３の領域Ａ２１はエンジン１の始動に用いられる電力量を表す。

その後、エンジン始動時間Ｔｅ’が経過した時点で、ＥＣＵ８はエンジン始動電力の供給を終了させる。ここで、図３のエンジン始動時間Ｔｅ’、すなわちエンジン始動電力と始動時走行電力とを同時に供給する場合のエンジン始動時間は、図２のエンジン始動時間Ｔｅ、すなわちエンジン始動電力のみを供給する場合のエンジン始動時間よりも長く、始動時走行電力を供給しながらもエンジン１の始動が完了して運転状態となるのに十分な長さをもって設計されている。よって、エンジン始動時間Ｔｅ’後にはエンジン１の始動は完了しており、エンジン１は運転状態となる。

ＥＣＵ８は、エンジン始動電力の供給を終了させるとともに、発電機３から走行モータ６へと供給される電力をエンジン由来走行電力Ｅｍに制御する。また、バッテリ４から走行モータ６へと供給される電力をバッテリ由来走行電力Ｂｍに制御する。なお、図３の領域Ａ２２はエンジン１によって発電される電力量を表す。

このように、実施の形態１に係るエンジン制御装置の図３に示す制御によれば、ＥＣＵ８は、両信号オン時刻Ｔｄ＋ａにおいてエンジン始動電力を供給し、エンジン１を始動させる。ここで、エンジン始動電力が供給される前に両信号がオンとなっているので、同時に始動時走行電力を供給して走行モータ６を駆動し、走行要求を速やかに実現することができる。また、ＥＣＵ８は、エンジン始動電力と始動時走行電力との和を定格制限電力Ｂｓ’以下に制限するので、バッテリ４の過放電を防ぐことができる。

なお、図３の例ではディレクション信号およびアクセル信号が同時にオンとなるが、厳密に同時でない場合でも、図３と同様の制御が行われてもよい。たとえば、まず一方の信号がオンとなった後、エンジン始動時間Ｔｅが経過する前に他方の信号もオンとなった場合、ＥＣＵ８は、両信号がオンとなった時点において図３の両信号オン時刻Ｔｄ＋ａ以降の制御を開始してもよい。また、この場合、他方の信号がオンとなるまでの時間に応じて、図３のエンジン始動時間Ｔｅ’に相当する時間を変更してもよい。たとえば、他方の信号がオンとなるまでの時間がより長くなると、図３のエンジン始動時間Ｔｅ’に相当する時間をより短くしてもよい。

この発明の実施の形態１に係るエンジン制御装置を備えたハイブリッド型フォークリフトの構成を示すブロック図である。 運転者が、ディレクションレバーの操作とアクセルの操作とを時間をずらして行った場合の、図１のエンジン制御装置によるエンジン始動時の動作を示すグラフである。 運転者が、ディレクションレバーの操作とアクセルの操作とを時間を同時に行った場合の、図１のエンジン制御装置によるエンジン始動時の動作を示すグラフである。 従来のハイブリッド型産業車両における、エンジン始動時の動作を示すグラフである。

符号の説明

１ エンジン、２ クラッチ、３ 発電機、４ バッテリ、５ 電力ライン、６ 走行モータ、７ 走行装置、９ アクセルセンサ、１０ ディレクションセンサ、Ｂｍ バッテリ由来走行電力、Ｂｓ 定格電力、Ｂｓ’ 定格制限電力、Ｅｍ エンジン由来走行電力、Ｐｅ エンジン始動電力、Ｐｍ 走行電力、Ｔａｃｃ アクセルオン時刻、Ｔｄ＋ａ 両信号オン時刻、Ｔｄｉｒ ディレクションオン時刻、Ｔｅ，Ｔｅ’ エンジン始動時間、Δｓ 余裕度。

Claims (4)

1. エンジンと、バッテリに接続された発電機とが同軸上に連結され、前記バッテリまたは前記発電機から供給される電力によって走行モータを駆動する、シリーズ走行方式のハイブリッド型産業車両におけるエンジン制御方法において、
   ディレクション信号およびアクセル信号のいずれか一方がオンとなった時に、前記エンジンを始動させるためのエンジン始動電力を前記バッテリから前記発電機へと供給し、
   前記ディレクション信号および前記アクセル信号の双方がオンとなった時に、前記走行モータを駆動するための走行電力を、前記バッテリおよび前記発電機の少なくとも一方から前記走行モータへと供給し、
   前記エンジン始動電力が供給される前または前記エンジン始動電力が供給されている間に、前記ディレクション信号および前記アクセル信号の双方がオンとなった場合、前記エンジン始動電力と、前記エンジン始動電力が供給されている間に前記バッテリから前記走行モータへと供給される始動時走行電力との和を所定の値以下に制限する
   エンジン制御方法。
2. 前記エンジン始動電力を時間とともに減少させ、前記始動時走行電力を時間とともに増加させる
   請求項１に記載のエンジン制御方法。
3. 前記エンジン始動電力と前記始動時走行電力とを同時に供給する場合のエンジン始動時間は、エンジン始動電力のみを供給する場合のエンジン始動時間よりも長い、請求項１または２に記載のエンジン制御方法。
4. エンジンと、バッテリに接続された発電機とが同軸上に連結され、前記バッテリまたは前記発電機から供給される電力によって走行モータを駆動する、シリーズ走行方式のハイブリッド型産業車両におけるエンジン制御装置において、
   ディレクション信号を検出するディレクションセンサと、
   アクセル信号を検出するアクセルセンサと、
   前記ディレクション信号および前記アクセル信号のいずれか一方がオンとなった時に、前記エンジンを始動させるためのエンジン始動電力を前記バッテリから前記発電機へと供給させる、エンジン始動手段と、
   前記ディレクション信号および前記アクセル信号の双方がオンとなった時に、前記走行モータを駆動するための走行電力を、前記バッテリおよび前記発電機の少なくとも一方から前記走行モータへと供給させる、走行駆動手段と
   を備え、
   前記エンジン始動手段および前記走行駆動手段は、前記エンジン始動電力が供給される前または前記エンジン始動電力が供給されている間に、前記ディレクション信号および前記アクセル信号の双方がオンとなった場合、前記エンジン始動電力と、前記エンジン始動電力が供給されている間に前記バッテリから前記走行モータへと供給される始動時走行電力との和を所定の値以下に制限する
   エンジン制御装置。

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