JP5332685B2 - 車両用回生制御装置および車両用回生制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、車両の回生制御技術に関する。

従来、車両の減速時に、車両の制動時の走行エネルギーを利用して、オルタネータとエアコンのコンプレッサを回生させる技術が知られている（特許文献１参照）。

特開２００３−１５８８０１号公報

しかしながら、特許文献１には、回生可能な動力の範囲内でオルタネータとコンプレッサを回生させる内容が開示されているが、回生制御時の燃費は考慮していなかった。

本発明による車両用回生制御装置および車両用回生制御方法は、車両の減速燃料カット中に、オルタネータおよびエアコンのコンプレッサのうち、少なくとも一方の回生を行うものであって、燃料カットを継続できる燃料カット時間、および、コンプレッサを停止できるデストローク可能時間を算出し、算出した燃料カット時間およびデストローク可能時間に基づいて、燃料カットの延長が可能であるか否かを判定する。そして、燃料カットの延長が可能であると判定された場合に、オルタネータの回生よりコンプレッサの回生を優先して行い、燃料カットの延長ができないと判定された場合に、コンプレッサの回生よりオルタネータの回生を優先して行うことを特徴とする。

本発明によれば、燃料カットの延長が可能であると判定された場合に、燃料カットを延長させるために、コンプレッサの回生を優先して行うので、燃費を向上させることができる。

一実施の形態における車両用回生制御装置の構成を示す図である。 車両の減速燃料カット中に行われる処理内容を示すフローチャートである。 コンプレッサ優先制御の詳細な内容を示すフローチャートである。 オルタネータ優先制御の詳細な内容を示すフローチャートである。 車両の減速燃料カット時における各種パラメータを示す図である。

図１は、一実施の形態における車両用回生制御装置の構成を示す図である。オルタネータ３は、エンジン１の出力軸と機械的に接続されており、エンジン１の動力によって駆動されて発電する。オルタネータ３で発電された電力は、電装負荷６またはバッテリ４に供給される。

オルタネータ３の発電時には、オルタネータ３で発電された電力が電装負荷６に供給される。ただし、オルタネータ３の発電量が電装負荷６の消費電力量に満たない場合には、不足電力がバッテリ４から電装負荷６に供給される。また、オルタネータ３が発電していない場合には、電装負荷６の消費電力が全てバッテリ４から供給される。電流センサ５は、バッテリ４の充放電電流を検出する。

可変容量コンプレッサ２（以下では、単にコンプレッサ２とも呼ぶ）、コンデンサ（凝縮器）７、膨張弁９、エバポレータ１２は、冷媒配管１６によって結合され、エアコンディショナー（空調装置）の冷凍サイクルを構成している。エンジン１の動力によって駆動される可変容量コンプレッサ２は、要求される冷凍能力に応じて、吐出圧（圧縮容量）が可変制御される。

エアコンディショナーの冷熱の生成について簡単に説明しておく。可変容量コンプレッサ２によって、吸入、圧縮、吐出された冷媒は、コンデンサ７によって、外気との熱交換によって凝縮液化され、膨張弁９で減圧膨張された後、エバポレータ１２で気化される。この時の気化熱を利用して、周囲空気を冷却する。ブロアファン１０は、冷却された空気を車室内に送り込む。

温度センサ１１は、エバポレータの温度を検出して、ＥＣＭ１４に出力する。車速センサ１７は、車速を検出して、ＥＣＭ１４に出力する。ＥＣＭ１４は、エンジン１の制御を含むシステム全体の制御を行い、特に、後述するように、オルタネータ３および可変容量コンプレッサ２の回生制御を行う。ＡＣアンプ１３は、ＥＣＭ１４からの信号に基づいて、温度センサ１１によって検出される温度が目標温度となるように、可変容量コンプレッサ２の容量を制御する。

ＵＳＭ１５は、ＥＣＭ１４からの信号に基づいて、オルタネータ３の発電電圧を制御する。ＡＣアンプ１３、ＥＣＭ１４、および、ＵＳＭ１５は、互いに通信可能に接続されている。

一実施の形態における車両用回生制御装置では、車両が減速状態で、かつ、燃料供給を停止している減速燃料カット時に、燃費が最大限に向上するように、オルタネータ３および可変容量コンプレッサ２の回生を制御する。始めに、オルタネータ３の回生、および、可変容量コンプレッサ２の回生と燃費との関係について、簡単に説明しておく。

オルタネータ３の回生制御では、オルタネータ３の動力を増加させて発電を積極的に行い、発電した電力をバッテリ４に蓄える。バッテリ４に蓄えられた電力を、車両の減速時以外の状況で使用することによって、オルタネータ３を駆動するエンジン１の負荷が軽減し、燃費が向上する。

可変容量コンプレッサ２の回生制御、すなわち、エアコンの回生制御では、コンプレッサ２の動力を増加させ、エバポレータ１２の温度を積極的に目標温度よりも低下させる。こうして蓄えられた冷力を、車両の減速時以外の状況で使用することによって、コンプレッサ２を駆動するエンジン１の負荷が軽減し、燃費が向上する。

可変容量コンプレッサ２およびオルタネータ３の回生によって得られるエネルギーには、下記の（ａ）〜（ｃ）の３通りの使用方法がある。
（ａ）燃料カット時間を延長するために使用する。
（ｂ）可変容量コンプレッサ２の駆動負荷を軽減するために使用する。
（ｃ）オルタネータ３の駆動負荷を軽減するために使用する。

上記（ａ）〜（ｃ）のうち、燃費が最も向上するのは、（ａ）の使用方法である。詳述すると、可変容量コンプレッサ２の回生によって、蓄えた冷力が残っている場合には、コンプレッサ２の動力を０とするデストロークを継続することができるので、車速が低下したときでもコンプレッサ２の動力を減少させて、蓄えておいた冷力を使用することにより、減速度を低下できる。これにより、エアコンの回生制御を行わない場合に比べて、燃料カット時間を長くすることができ、燃費が向上する。従って、一実施の形態における車両用回生制御装置では、可変容量コンプレッサ２の回生によって、燃料カット時間を延長できる場合には、可変容量コンプレッサ２の回生を優先して行う。

図２は、ＥＣＭ１４によって、車両の減速燃料カット中に行われる処理内容を示すフローチャートである。車両が起動すると、ＥＣＭ１４は、ステップＳ１０の処理を開始する。

ステップＳ１０では、車両が減速燃料カット中であるか否かを判定する。車両が減速燃料カット中ではないと判定するとステップＳ１０で待機し、減速燃料カット中であると判定すると、ステップＳ２０に進む。

ステップＳ２０では、現在の許容減速度を算出する。ここでは、車速と許容減速度との関係を定めた車速−許容減速度テーブルを予め用意しておき、車速センサ１７によって検出された車速に基づいて、車速−許容減速度テーブルを参照することにより、許容減速度を算出する。

ステップＳ３０では、補機負荷による回生、すなわち、可変容量コンプレッサ２およびオルタネータ３による回生を行っていない状態における現在の減速度を算出する。ここでは、車速と減速度との関係を定めた車速−減速度テーブルを予め用意しておき、車速センサ１７によって検出された車速に基づいて、車速−減速度テーブルを参照することにより、現在の減速度を算出する。

ステップＳ４０では、補機負荷を回生させることにより得られる減速度の許容値である補機負荷分許容減速度を算出する。具体的には、ステップＳ２０で算出した車両の許容減速度から、ステップＳ３０で算出した減速度を減算することによって、補機負荷分許容減速度を算出する。なお、補機負荷には、可変容量コンプレッサ２およびオルタネータ３が含まれる。

ステップＳ５０では、ステップＳ４０で算出した補機負荷分許容減速度に基づいて、次式（１）より、補機負荷の許容トルクを算出する。

補機負荷の許容トルク＝補機負荷分許容減速度×タイヤ動半径×車重÷変速機のギア比÷ファイナルギア比 （１）

なお、タイヤ動半径、車重、および、ファイナルギア比は、ＥＣＭ１４内のメモリ（不図示）に予め格納しておく。また、変速機のギア比は、ＥＣＭ１４自身が管理している。

ステップＳ６０では、バッテリ４の放電可能量が所定のしきい値ＦＣＵ以上であるか否かを判定する。バッテリ４の放電可能量は、既知の方法により求めることができる。バッテリ４の放電可能量が所定のしきい値ＦＣＵ以上であると判定すると、バッテリ４の充電を積極的に行う必要はないため、オルタネータ３よりコンプレッサ２を優先的に回生させるコンプレッサ優先制御を行う。コンプレッサ２の回生を優先する理由は、上述したように、燃料カット時間を延長するためである。コンプレッサ優先制御の詳細は、図３を用いて後述する。

一方、バッテリ４の放電可能量が所定のしきい値ＦＣＵ未満であると判定すると、ステップＳ７０に進む。ステップＳ７０では、現在のエバポレータ温度におけるデストローク可能時間を算出する。デストローク可能時間とは、コンプレッサ２の動力を０にしていられる時間のことである。ここでは、所定のデストローク禁止温度から、温度センサ１１で検出されたエバポレータ１２の温度を減算することによって得られる温度を、エバポレータ１２の温度上昇速度で除算することにより、デストローク可能時間を算出する。エバポレータ１２の温度上昇速度は、例えば、前回のデストローク時のエバポレータの温度上昇速度を測定しておき、その測定値を用いる。なお、エバポレータの温度上昇速度として、所定の値を用いてもよい。

ステップＳ８０では、残りの燃料カット時間を算出する。減速時の燃料カットは、車速が所定の解除車速に到達すると、解除される。ここでは、コンプレッサ２の回生制御によって最大限燃料カットを延長することを想定し、車速センサ１７によって検出された車速から、所定の解除車速を減算して得られる車速を、現在の減速度で除算することにより、残りの燃料カット時間を算出する。なお、所定の解除車速は、燃料カット時に車速が低下し過ぎて、エンジンストールが起こるのを防ぐためのしきい値であり、実験等に基づいて適切な値を予め設定しておく。

ステップＳ９０では、ステップＳ８０で算出した燃料カット時間がステップＳ７０で算出したデストローク可能時間以上であるか否かを判定する。これは、可変容量コンプレッサ２の回生によって、燃料カット時間を最大限に延長できる冷力が蓄えられているか否かを判定している。燃料カット時間がデストローク可能時間以上であると判定すると、燃料カット時間を最大限に延長できる冷力が蓄えられておらず、冷力を蓄えるために、可変容量コンプレッサ２を優先的に回生させるコンプレッサ優先制御を行う。コンプレッサ優先制御の詳細は、図３を用いて後述する。一方、燃料カット時間がデストローク可能時間未満であると判定すると、燃料カット時間を最大限に延長できる冷力が蓄えられており、オルタネータ３を優先的に回生させるオルタネータ優先制御を行う。オルタネータ優先制御の詳細は、図４を用いて後述する。

なお、ステップＳ９０の判定において、燃料カット時間がデストローク可能時間以上である場合、すなわち、燃料カット時間を最大限に延長できる冷力が蓄えられていない場合には、燃料カットを延長できる余地があるため、冷力を蓄えるべく、コンプレッサ優先制御を行う。一方、燃料カット時間がデストローク可能時間未満の場合には、燃料カット時間を最大限に延長できる冷力が既に蓄えられたため、それ以上に燃料カットを延長できる余地はない。すなわち、ステップＳ９０では、燃料カットの延長が可能であるか否かを判定している。

コンプレッサ優先制御について、図３のフローチャートを用いて説明する。ステップＳ３００では、図２のステップＳ５０で算出した補機負荷の許容トルクが可変容量コンプレッサ２で発生できる最大トルクより大きいか否かを判定する。補機負荷の許容トルクがコンプレッサ２の最大発生トルクより大きいと判定すると、ステップＳ３１０に進む。

ステップＳ３１０では、コンプレッサ２の最大発生トルクを、コンプレッサ２のトルク指令値として、ステップＳ３２０に進む。ステップＳ３２０では、図２のステップＳ５０で算出した補機負荷の許容トルクから、コンプレッサ２の最大発生トルク（コンプレッサ２のトルク指令値）を減算することにより得られるトルクを、オルタネータ３のトルク指令値とする。

一方、ステップＳ３００において、補機負荷の許容トルクがコンプレッサ２の最大発生トルク以下であると判定すると、ステップＳ３３０に進む。ステップＳ３３０では、補機負荷の許容トルクをコンプレッサ２のトルク指令値にするとともに、オルタネータ３のトルク指令値を０とする。ステップＳ３２０またはステップＳ３３０の処理を行うと、図２のフローチャートのステップＳ１０に戻る。

続いて、オルタネータ優先制御について、図４のフローチャートを用いて説明する。ステップＳ４００では、図２のステップＳ５０で算出した補機負荷の許容トルクがオルタネータ３で発生できる最大トルクより大きいか否かを判定する。補機負荷の許容トルクがオルタネータ３の最大発生トルクより大きいと判定すると、ステップＳ４１０に進む。

ステップＳ４１０では、オルタネータ３の最大発生トルクを、オルタネータ３のトルク指令値として、ステップＳ４２０に進む。ステップＳ４２０では、図２のステップＳ５０で算出した補機負荷の許容トルクから、オルタネータ３の最大発生トルク（オルタネータ３のトルク指令値）を減算することにより得られるトルクを、コンプレッサ２のトルク指令値とする。

一方、ステップＳ４００において、補機負荷の許容トルクがオルタネータ３の最大発生トルク以下であると判定すると、ステップＳ４３０に進む。ステップＳ４３０では、補機負荷の許容トルクをオルタネータ３のトルク指令値にするとともに、コンプレッサ２のトルク指令値を０とする。ステップＳ４２０またはステップＳ４３０の処理を行うと、図２のフローチャートのステップＳ１０に戻る。

図５は、車両の減速燃料カット時における各種パラメータを示す図であり、上から順に、車速、燃料カットの有無、減速度、補機負荷の許容トルク、エバポレータ１２の温度、燃料カット時間とデストローク可能時間、および、コンプレッサ２とオルタネータ３の優先度をそれぞれ示している。

時刻Ｔ１において、減速が開始されるとともに、燃料カットが開始される。時刻Ｔ１から時刻Ｔ３の間は、残りの燃料カット時間がデストローク可能時間以上であるため、コンプレッサ優先制御を行う。コンプレッサ２の回生駆動が行われることにより、エバポレータ１２の温度は低下していき、デストローク可能時間は増加していく（図５の一点鎖線）。一方、車速の低下に伴って、燃料カット時間は減少していく。増加していくデストローク可能時間が燃料カット時間と一致した時に、コンプレッサ優先制御からオルタネータ優先制御へと切り替えれば、燃料カットを最大限に延長することができる。図５では、時刻Ｔ３に、デストローク可能時間が残りの燃料カット時間と一致するため、時刻Ｔ３において、コンプレッサ優先制御からオルタネータ優先制御への切り替えが行われる。

時刻Ｔ１から時刻Ｔ２の間は、補機負荷の許容トルクがコンプレッサ２の最大発生トルクより大きいため、コンプレッサ２の最大発生トルクを、コンプレッサ２のトルク指令値とし、補機負荷許容トルクの残りのトルクを、オルタネータ３のトルク指令値とする。

時刻Ｔ２から時刻Ｔ３の間は、補機負荷の許容トルクがコンプレッサ２の最大発生トルク以下であるため、補機負荷の許容トルクをコンプレッサ２のトルク指令値にするとともに、オルタネータ３のトルク指令値を０とする。

時刻Ｔ３以降は、上述したように、オルタネータ優先制御が行われる。時刻Ｔ３から時刻Ｔ４の間は、補機負荷の許容トルクがオルタネータ３の最大発生トルクより大きいため、オルタネータ３の最大発生トルクを、オルタネータ３のトルク指令値とし、補機負荷許容トルクの残りのトルクを、コンプレッサ２のトルク指令値とする。

時刻Ｔ４から時刻Ｔ５の間は、補機負荷の許容トルクがオルタネータ３の最大発生トルク以下であるため、補機負荷の許容トルクをオルタネータ３のトルク指令値にするとともに、コンプレッサ２のトルク指令値を０とする。

一実施の形態における車両用回生制御装置によれば、燃料カットを継続できる時間である燃料カット時間を算出するとともに、コンプレッサ２を停止できる時間であるデストローク可能時間を算出し、算出した燃料カット時間およびデストローク可能時間に基づいて、燃料カットの延長が可能であるか否かを判定し、燃料カットの延長が可能であると判定された場合に、オルタネータ３の回生よりコンプレッサ２の回生を優先して行う。これにより、燃料カット時間をできるだけ延長して、燃費を最大限に向上させることができる。

また、一実施の形態における車両用回生制御装置によれば、燃料カットの延長ができないと判断すると、オルタネータ３の回生を優先して行う。オルタネータ３は、コンプレッサ２に比べて、回生による動力削減効果（回生により削減された動力／回生した動力）が大きいので、燃料カットの延長ができない場合に、オルタネータ３の回生を優先して行うことにより、燃費を最大限に向上させることができる。

さらに、燃料カット時間がデストローク可能時間以上の場合に、燃料カットの延長が可能であると判断するので、燃料カットの延長が可能であるか否かを精度良く判定することができる。

本発明は、上述した一実施の形態に限定されることはなく、その技術的思想の範囲内でなしうるさまざまな変更、改良が含まれることは言うまでもない。例えば、図３に示すフローチャートのステップＳ３２０では、補機負荷の許容トルクから、コンプレッサ２の最大発生トルク（コンプレッサ２のトルク指令値）を減算することにより得られるトルクを、オルタネータ３のトルク指令値とした。これにより、コンプレッサ２の回生を最大に行うとともに、車両の減速度が許容減速度と一致するように、オルタネータ３の回生を行うことができるが、オルタネータ３の回生を、車両の減速度が許容減速度未満の範囲内で行うようにしてもよい。

また、図４に示すフローチャートのステップＳ４２０では、補機負荷の許容トルクから、オルタネータ３の最大発生トルク（オルタネータ３のトルク指令値）を減算することにより得られるトルクを、コンプレッサ２のトルク指令値とした。これにより、オルタネータ３の回生を最大に行うとともに、車両の減速度が許容減速度と一致するように、コンプレッサ２の回生を行うことができるが、コンプレッサ２の回生を、車両の減速度が許容減速度未満の範囲内で行うようにしてもよい。

１…エンジン
２…コンプレッサ
３…オルタネータ
４…バッテリ
１３…ＡＣアンプ
１４…ＥＣＭ
１５…ＵＳＭ
１７…車速センサ
図２のＳ８０…燃料カット時間算出手段
図２のＳ７０…デストローク可能時間算出手段
図２のＳ９０…燃料カット延長判定手段
図３のＳ３００〜Ｓ３３０、図４のＳ４００〜Ｓ４３０…制御手段

Claims (7)

1. 車両が減速しており、かつ、燃料供給が停止している減速燃料カット中に、オルタネータおよびエアコンのコンプレッサのうち、少なくとも一方の回生を行う車両用回生制御装置であって、
   燃料カットを継続できる時間である燃料カット時間を算出する燃料カット時間算出手段と、
   前記コンプレッサを停止できる時間であるデストローク可能時間を算出するデストローク可能時間算出手段と、
   前記燃料カット時間および前記デストローク可能時間に基づいて、燃料カットの延長が可能であるか否かを判定する燃料カット延長判定手段と、
   前記燃料カットの延長が可能であると判定された場合に、前記オルタネータの回生より前記コンプレッサの回生を優先して行い、前記燃料カットの延長ができないと判定された場合に、前記コンプレッサの回生より前記オルタネータの回生を優先して行う制御手段と、
   を備えることを特徴とする車両用回生制御装置。
2. 前記燃料カット延長判定手段は、前記燃料カット時間が前記デストローク可能時間以上の場合に、前記燃料カットの延長が可能であると判定することを特徴とする請求項１に記載の車両用回生制御装置。
3. 車速を検出する車速検出手段と、
   車両の減速度を検出する減速度検出手段と、
   をさらに備え、
   前記燃料カット時間算出手段は、前記車速検出手段によって検出された車速、燃料カットを解除するしきい値である所定の解除車速、および、前記減速度算出手段によって算出された減速度に基づいて、前記燃料カット時間を算出することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の車両用回生制御装置。
4. エアコンのエバポレータの温度を検出するエバポレータ温度検出手段と、
   前記エバポレータの温度上昇速度を検出する温度上昇速度検出手段と、
   をさらに備え、
   前記デストローク可能時間算出手段は、所定のデストローク禁止温度、前記エバポレータ温度検出手段によって検出されたエバポレータの温度、および、前記温度上昇速度検出手段によって検出されたエバポレータの温度上昇速度に基づいて、前記デストローク可能時間を算出することを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の車両用回生制御装置。
5. 前記減速燃料カット時の許容減速度を算出する許容減速度算出手段をさらに備え、
   前記制御手段は、前記コンプレッサの回生を最大に行っても、車両の減速度が前記許容減速度以下になる場合には、前記コンプレッサの回生を最大に行うとともに、車両の減速度が前記許容減速度になるように、前記オルタネータの回生を行うことを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の車両用回生制御装置。
6. 前記減速燃料カット時の許容減速度を算出する許容減速度算出手段をさらに備え、
   前記制御手段は、前記オルタネータの回生を最大に行っても、車両の減速度が前記許容減速度以下になる場合には、前記オルタネータの回生を最大に行うとともに、車両の減速度が前記許容減速度になるように、前記コンプレッサの回生を行うことを特徴とする請求項１に記載の車両用回生制御装置。
7. 車両が減速しており、かつ、燃料供給が停止している減速燃料カット中に、オルタネータおよびエアコンのコンプレッサのうち、少なくとも一方の回生を行う車両用回生制御方法であって、
   燃料カットを継続できる時間である燃料カット時間を算出し、
   前記コンプレッサを停止できる時間であるデストローク可能時間を算出し、
   前記燃料カット時間および前記デストローク可能時間に基づいて、燃料カットの延長が可能であるか否かを判定し、
   前記燃料カットの延長が可能であると判定した場合に、前記オルタネータの回生より前記コンプレッサの回生を優先して行い、前記燃料カットの延長ができないと判定された場合に、前記コンプレッサの回生より前記オルタネータの回生を優先して行う、
   ことを特徴とする車両用回生制御方法。

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