JP5339091B2 - ハイブリッド車 - Google Patents

Description

本発明は、ハイブリッド車の減速時における制御技術に関する。

近年、低燃費及び低排ガスを図るため、ハイブリッド車が開発されている。ハイブリッド車は、エンジン及び電気モータを備え、エンジンによって発電機を駆動し、発電した電力をバッテリに蓄電するとともに、必要に応じてバッテリから電力を供給して電気モータを回転駆動し、車両を走行可能としている。
また、ハイブリッド車において、更に、エネルギーの消費を抑えるために、減速時における制動エネルギーを電気モータ(モータジェネレータ)により電気エネルギーに変換し、バッテリに回生する技術が開発されている。

しかしながら、バッテリはエンジン始動が行えるように常に所定量以上充電させておかなければならず、このように所定量以上充電している状態ではバッテリに回収可能な電気エネルギーが制限されてしまう。そして、バッテリに回収可能な電気エネルギーに対して回生により発生する電気エネルギーは比較的大きいので、バッテリが過充電となる虞がある。

そこで、回生時に余剰の電気エネルギーを消費させるために電気的負荷を設けることで、バッテリの過充電を防止する技術が提案されている。例えば回生電力をエンジンに接続した電気モータに供給して回転させ、回生電力を消費させる技術が提案されている（特許文献１参照）。

特許第３１６４９５１号公報

しかしながら、上記特許文献１のように、単純に減速時に回生電力を電気モータで消費させてしまっては、制動エネルギーを捨てることになるので、省エネの観点から制動エネルギーの更なる有効利用が望まれる。
また、ハイブリッド車は省エネ性能だけでなくエンジンから排出されるエミッションの低下も強く求められている。近年の触媒等の排気浄化技術の開発により、エンジンから排出されるエミッションの多くは始動時におけるものとなっており、特に冷態始動時における排気性能の向上が強く要求されている。

そして、ハイブリッド車においては、電気モータによる車両走行中にバッテリの充電量の低下によりエンジンが始動されるパターンが多く、このように電気モータによる走行後のエンジン始動時における排気性能の向上が望まれる。
本発明はこのような問題を解決するためになされたもので、エンジン始動前の電気モータ走行時における減速エネルギーを利用し、電気モータ走行後のエンジン始動時における排気性能を向上可能なハイブリッド車を提供することにある。

上記目的を達成するため、請求項１のハイブリッド車は、走行駆動源として電気モータ及びエンジンを備え、電気モータによる単独走行が可能なハイブリッド車であって、電気モータに電力を供給するバッテリと、バッテリへの回生により車両の制動を行なう回生制動手段と、車両の駆動輪の回転を伝達し燃料を噴射することなくエンジンを強制回転させて車両の制動を行なう強制回転制動手段と、エンジンの温度を検出する温度検出手段と、前記エンジンの始動前における電気モータによる単独走行時において、車両減速時に温度検出手段により検出したエンジンの温度に基づいて、回生制動手段による制動及び前記強制回転制動手段による制動を実行させる制御手段と、を備えることを特徴とする。

また、請求項２のハイブリッド車は、請求項１において、バッテリの充電量を検出する充電量検出手段と、車両の走行状態及びブレーキ操作に基づいて要求される制動エネルギーを演算する要求制動量演算手段を更に備え、制御手段は、温度検出手段により検出したエンジンの温度が所定温度以下かつ充電量検出手段により検出された充電量が所定値以下のときには、回生制動手段による制動を実行させるとともに、要求制動量演算手段により演算した制動エネルギーが回生制動手段による制動エネルギーの最大値に達するまでは強制回転制動手段における制動力を０に設定し、該制動エネルギーが回生制動手段による制動エネルギーの最大値を超える場合には要求制動量演算手段により演算した制動エネルギーと回生制動手段による制動エネルギーとの差に基づいて強制回転制動手段における制動力を可変制御することを特徴とする。

また、請求項３のハイブリッド車は、請求項１または２において、エンジンにより駆動されて発電する発電機を更に備え、当該発電機により発電した電力をバッテリに充電可能であって、制御手段は、充電量検出手段により検出された充電量が、第１の所定量以上である場合に発電機による発電を抑制するとともに、第１の所定量より大きい第２の所定量以下である場合に強制回転制動手段による制動を行うことを特徴とする。

また、請求項４のハイブリッド車は、請求項１〜３のいずれかにおいて、エンジンは変速機を介して駆動輪に動力を伝達可能であって、制御手段は、強制回転制動手段によるエンジンの強制回転時に変速機を制御して制動力を可変制御することを特徴とする。
また、請求項５のハイブリッド車は、請求項１〜４のいずれかにおいて、エンジンの吸排気抵抗を可変させる可変抵抗手段を更に備え、制御手段は、強制回転手段によるエンジンの強制回転時に可変抵抗手段を制御して制動力を可変制御することを特徴とする。

また、請求項６のハイブリッド車は、請求項４において、制御手段は、温度検出手段により検出されたエンジンの温度とエンジンの暖機完了を判定する暖機完了判定温度との偏差を算出し、該偏差が大きいほど強制回転制動手段によるエンジンの強制回転時の回転速度が増加するように変速機を制御することを特徴とする。

本発明の請求項１のハイブリッド車によれば、エンジンの始動前における電気モータによる単独走行時において車両減速時にエンジンの温度に基づいて、回生制動手段による制動とともに強制回転制動手段による制動が実行されることで、制動エネルギーを大きく吸収することが可能となり、他の制動装置、例えばブレーキ装置による制動を抑えつつバッテリに過充電させることなく十分に車両を減速させることが可能となる。

ここで、強制回転制動手段によりエンジンが強制的に回転されることで、エンジンの温度を上昇させることができる。そして、エンジンの温度に基づいて強制回転制動手段による制動を行なうことで、減速時にエンジンの温度を必要に応じて適切な温度に上昇させることが可能となる。したがって、電気モータによる単独走行時に燃料を消費することなくエンジンを暖機させることが可能となり、その後のエンジン始動時の排気性能を向上させることができる。

本発明の請求項２のハイブリッド車によれば、要求される制動エネルギーが回生制動手段による制動エネルギーの最大値に達するまでは強制回転制動手段における制動力を０に設定し、該制動エネルギーが回生制動手段による制動エネルギーの最大値を超える場合には該制動エネルギーと回生制動手段による制動エネルギーとの差に基づいて強制回転制動手段における制動力が可変されるので、要求される制動エネルギーに対応して、回生制動手段による制動と強制回転制動手段による制動とを適切に実行させることができる。

本発明の請求項４のハイブリッド車によれば、強制回転制動手段によるエンジンの強制回転時に変速機を可変制御することで、エンジンの回転速度が可変し、制動力を容易に可変調整することが可能となる。
本発明の請求項５のハイブリッド車によれば、強制回転制動手段によるエンジンの強制回転時に可変抵抗手段を可変制御することで、エンジンの回転負荷が可変し、制動力を容易に可変調整することが可能となる。

本発明の請求項６のハイブリッド車によれば、エンジンの温度と暖機完了判定温度との差が大きいほどエンジンの強制回転時の回転速度を増加させることで、エンジンの温度を急速に上昇させ、暖機を迅速に完了させることができる。

本発明に係るハイブリッド車の第１の実施形態の概略構成図である。 第１の実施形態における減速制御手順を示すフローチャートである。 第２の実施形態における減速制御手順を示すフローチャートである。 本発明に係るハイブリッド車の第３の実施形態の概略構成図である。

以下、図面に基づき本発明の実施形態について説明する。
図１は、本発明に係るハイブリッド車両の第１の実施形態の概略構成図である。
図１に示すように、第１の実施形態のハイブリッド車両（以下、単に車両１という）は、走行駆動源としてエンジン２及び第１のモータジェネレータ３(電気モータ)を備えている。エンジン２は、クラッチ４及び変速機５を介して前輪６の車軸７に動力を伝達可能に構成されている。第１のモータジェネレータ３はクラッチ及び減速機を内部に備えた動力伝達装置８を介して後輪９の車軸１０に動力を伝達可能に構成されている。即ち、車両１は、エンジン２にて前輪６を駆動し、第１のモータジェネレータ３にて後輪９を駆動する４輪駆動式のパラレル型ハイブリッド車である。第１のモータジェネレータ３は、バッテリ１１から電力を供給されて駆動する。エンジン２には第２のモータジェネレータ１２（発電機）が設けられ、該第２のモータジェネレータ１２は、エンジン２により駆動されて発電する機能と、エンジン２を始動させるスタータモータとしての機能を有している。第２のモータジェネレータ１２によって発電された電力はバッテリ１１に供給され、バッテリ１１を充電可能となっている。

また、エンジン２には、エンジン２の冷却水温度を検出する水温センサ１３（温度検出手段）が設けられているとともに、ブレーキペダル１４にはブレーキ踏み込み量を検出するブレーキペダルセンサ１５が設けられている。
車両コントロールユニット２０(制御手段)は、エンジン２から回転速度等、バッテリ１１の充電情報、車両減速検出装置２１から車両の減速情報、ブレーキペダルセンサ１５からのブレーキ踏み込み量、及びその他エンジン２の運転情報や車両の走行情報を入力し、第１のモータジェネレータ３、第２のモータジェネレータ１２、クラッチ４、変速機５、動力伝達装置８及び車両制動装置２２の制御を行なう。

バッテリ１１の充電情報は、例えばバッテリ１１の電圧から推定したり、車両コントロールユニット２０においてバッテリ１１ヘの電力の入出量を積算したりして求めればよい（充電量検出手段）。車両減速検出装置２１は、車両１が減速状態であることを検出し、減速状態である場合には減速情報を出力する装置であって、例えば加速度センサを用いたり、アクセル開度、車速、シフト位置、エンジン回転速度といった車両の運転状態から減速状態であるか否かを判定したりすればよい。車両制動装置２２は、ブレーキペダル１４により操作される車両１のブレーキ装置である。

特に、車両コントロールユニット２０は、回生機能を有している。回生機能は、車両減速時において、第１のモータジェネレータ３により発電した電力によりバッテリ１１を充電させるものであって、車両１の走行エネルギーを電力エネルギーに変換して蓄電し、後で第１のモータジェネレータ３等の電力として再利用するものである。なお、第１のモータジェネレータ３による発電により、車両の走行エネルギーが電気エネルギーに変換されるので、車両１が制動され速度が低下する（回生制動手段）。

また、第１のモータジェネレータ３及び第２のモータジェネレータ１２は、その発電能力を車両コントロールユニット２０により可変制御可能に構成されている。更に、車両コントロールユニット２０は、バッテリ１１の充電量Ｑを検出し、充電量Ｑが第１の所定量Ｑ1より大きい場合には、第２のモータジェネレータ１２による発電を規制させる。
次に、図２を用いて車両１の減速制御について説明する。

図２は、第１の実施形態に係る車両１の減速制御手順を示すフローチャートである。
本ルーチンは、車両電源ＯＮ時に繰り返し実行される。
まず、ステップＳ１０では、エンジン２の暖機情報として、水温センサ１３より冷却水温度Ｔを入力する。そして、ステップＳ２０に進む。
ステップＳ２０では、ステップＳ１０で入力した暖機情報に基づき、暖機が未完了であるか否かを判別する。詳しくは、冷却水温度Ｔが暖機完了温度Ｔ1未満であるか否かにより判別する。暖機未完了である場合、即ち冷却水温度Ｔが暖機完了温度Ｔ1未満である場合には、ステップＳ３０に進む。

ステップＳ３０では、減速条件が成立しているか否か、詳しくは車両減速検出装置２１から減速情報が入力しているか否かを判別する。減速情報が入力し減速条件が成立している場合には、ステップＳ４０に進む。
ステップＳ４０では、必要減速エネルギーＡを演算する。必要減速エネルギーＡは、ブレーキ操作に対応した車速に減速させるまでの車両の走行エネルギーの低下量であって、現在の車速とブレーキペダルセンサ１５から入力したブレーキ踏み込み量に基づいて演算すればよい。例えば車速とブレーキ踏み込み量をパラメータに基準減速エネルギーをマップデータとして持っておき、このマップデータを利用して必要減速エネルギーＡを求めればよい（要求制動量演算手段）。そして、ステップＳ５０に進む。

ステップＳ５０では、エンジン吸収可能エネルギーＢを演算する。エンジン吸収可能エネルギーＢは、エンジン２の強制回転制動により吸収可能なエネルギーの最大値である。この強制回転制動は、クラッチ４を接続して前輪６の回転力をエンジン２に伝達し、燃料を供給せずにエンジン２を回転させるものであって、エンジン２のフリクションにより車両を制動するとともに、燃料を消費することなくエンジン２の温度を上昇させる（強制回転制動手段）。例えばエンジン油温毎にエンジン回転速度（及び吸排気抵抗装置３０の設定）に対するエンジンフリクションデータをマップで持っておき、このマップを利用してエンジン吸収可能エネルギーＢを求めればよい。そして、ステップＳ６０に進む。

ステップＳ６０では、エンジン吸収不能エネルギー（Ａ−Ｂ）を演算する。エンジン吸収不能エネルギー（Ａ−Ｂ）は、必要減速エネルギーＡのうちエンジン吸収可能エネルギーＢで吸収が賄えない分のエネルギー量であって、ステップＳ４０で演算された必要減速エネルギーＡからステップＳ５０で演算されたエンジン吸収可能エネルギーＢを減算して求められる。そして、ステップＳ７０に進む。

ステップＳ７０では、制動回生可能エネルギーＣが、ステップＳ６０で演算したエンジン吸収不能エネルギー（Ａ−Ｂ）以上であるか否かを判別する。制動回生可能エネルギーは、回生時に第１のモータジェネレータ３で吸収可能なエネルギーの最大値である。制動回生可能エネルギーＣがエンジン吸収不能エネルギー（Ａ−Ｂ）以上である場合には、ステップＳ８０に進む。

ステップＳ８０では、ステップＳ４０で演算した必要減速エネルギーＡに基づいてエンジン吸収エネルギーＢa及び制動回生エネルギーＣaを設定する。詳しくは、必要減速エネルギーＡ＝Ｂa＋Ｃaとなるようにエンジン吸収エネルギーＢa及び制動回生エネルギーＣａを設定する。例えば必要減速エネルギーＡが制動回生エネルギーの最大値Ｃに達するまではエンジン吸収エネルギーＢaを０に設定し、制動回生エネルギーＣａを必要減速エネルギーＡに設定し、必要減速エネルギーＡが制動回生エネルギーの最大値Ｃを超える場合には、制動回生エネルギーＣａを最大値Ｃとして、不足分（Ａ−Ｃ）をエンジン吸収エネルギーＢaとして設定すればよい。そして、エンジン吸収エネルギーＢaに対応したエンジン回転速度で強制回転されるように変速機５の変速比を設定するとともに、制動回生エネルギーＣａに対応して第１のモータジェネレータ３の発電能力を設定する。そして、ステップＳ９０に進む。

ステップＳ９０では、ステップＳ８０にて設定した第１のモータジェネレータ３の発電能力及び変速機５の変速比にて、回生により減速エネルギーを吸収し制動させる回生制動とエンジン２を強制回転させて制動する強制回転制動とを実施する。そして、本ルーチンをリターンする。
ステップＳ７０において制動回生可能エネルギーＣがエンジン吸収不能エネルギー（Ａ−Ｂ）未満であると判定された場合には、ステップＳ１００に進む。

ステップＳ１００では、制動回生エネルギーＣa及びエンジン吸収エネルギーＢaが最大となるように、変速機５の変速比を最大にするとともに、第１のモータジェネレータ３の発電能力を最大設定にする。更に、必要減速エネルギーＡからエンジン吸収エネルギーＢa及び制動回生エネルギーＣaを減算し、必要減速エネルギーＡの不足分Ｄを演算する（Ｄ＝Ａ−（Ｂa＋Ｃa））。そして、ステップＳ１１０に進む。

ステップＳ１１０では、回生により減速エネルギーを吸収し制動させる回生制動と、エンジン２を強制回転させて制動する強制回転制動と、を最大能力で実施するとともに、ステップＳ１００において演算した不足分Ｄの減速エネルギーが消費されるように車両制動装置２２を制御する。そして、本ルーチンを終了する。
ステップＳ２０で暖機が完了していると判定された場合、またはステップＳ３０で減速条件が成立していないと判定された場合には、ステップＳ１２０に進む。

ステップＳ１２０では、本減速制御、即ち必要減速エネルギーＡに基づくエンジン２の強制回転制動及び回生制動の実行を解除する。そして、本ルーチンを終了する。
以上のように制御することで、本実施形態では、エンジン２が暖機されていない状態で車両減速時に、必要減速エネルギーＡに応じて、回生による制動とエンジン２の強制回転による制動が実施される。また、回生による制動とエンジン２の強制回転による制動でも必要な減速エネルギーＡに満たない場合には、車両制動装置２２も加えて制動される。このように、減速時に回生制動だけでなく、エンジン２の強制回転による制動も合わせて行なうことで、バッテリ１１の充電可能な容量が少ない場合でも、減速エネルギーが十分に吸収されるので、車両制動装置２２の使用が抑えられ、車両制動装置２２の寿命を延ばすことができる。

そして、エンジン２の強制回転により、燃料を使用しなくとも、エンジン２の温度を上昇させることができる。本実施形態では、第１のモータジェネレータ３による走行状態から減速したとき、例えば車両１が発進してからエンジン２が始動する前に減速したときに、エンジン２が暖機状態でない場合には、エンジン２の強制回転が行なわれることで、エンジン２の温度を上昇させるので、冷態状態でのエンジン始動を回避して排気性能を向上させることができる。また、エンジン始動前にエンジン２の温度を上昇させることで、その熱エネルギーを暖房に利用することもできる。

また、エンジン２の強制回転時には燃料を使用しないので、強制回転によって燃費が悪化することはなく、冷態状態でのエンジン始動を回避させることで、燃費性能を向上させることができる。
更に、図２に示す減速制御の実行判定の条件にバッテリ１１の充電状態を加えてもよい。

図３は、本発明の第２の実施形態における減速制御手順を示すフローチャートである。
以下、第１の実施形態との相違点のみ述べる。
図３に示すように、第２の実施形態では、始めに、ステップＳ１５０において、バッテリ１１の充電情報を読み込む。そして、ステップＳ１６０に進む。
ステップＳ１６０では、ステップＳ１５０において入力した充電情報により、バッテリ１１の充電量Ｑが第２の所定量Ｑ2以下であるか否かを判別する。第２の所定量Ｑ2は、前述の第１の所定量Ｑ1より高く、満充電に近い値に設定される。充電量Ｑが第２の所定量Ｑ2以下である場合には、ステップＳ１０に進む。充電量Ｑが第２の所定量Ｑ2より大きい場合には、ステップＳ１２０に進む。

以上の制御により第２の実施形態では、バッテリ１１の充電量Ｑが第２の所定量Ｑ2以下のみ強制回転制動が行なわれる。更に、バッテリ１１の充電量Ｑが第１の所定量Ｑ1以上では、第２のモータジェネレータ１２による発電が規制されるので、バッテリ１１の充電量Ｑが第１の所定量Ｑ1と第２の所定量Ｑ2との間では、バッテリ１１への充電よりもエンジン２の暖機が優先される。これにより、本実施形態の制御は、例えばプラグインハイブリッド車のように、バッテリ１１の容量が比較的大きい車両に適している。このような車両では、第１の所定量Ｑ1と第２の所定量Ｑ2との差が比較的大きいので、強制回転制動が優先して行なわれる機会が増え、更なるエンジン２の排気性能及び燃費性能の向上を図ることができる。

また、以上の実施形態では、エンジン吸収エネルギーＢaを変速機５により可変制御しているが、それ以外にも、吸気スロットル弁、排気シャッターバルブ、可変動弁機構等のような吸排気抵抗装置３０(可変抵抗手段)を用いて可変設定させても良い。これらの吸排気抵抗装置３０を可変制御して、エンジン２の吸排気系の抵抗を可変させることで、エンジン２の強制回転制動時のフリクションを変更させて制動力を可変制御することができる。

また、以上の実施形態では、４輪駆動型のハイブリッド車であるが、図４に示すような２輪駆動型のハイブリッド車でも本発明を適用することができる。
本実施形態では、車両に第１のモータジェネレータ３及び第２のモータジェネレータ１２の代わりにモータジェネレータ４０が設けられている。モータジェネレータ４０は、エンジン２と変速機５との間に配置されている。エンジン２とモータジェネレータ４０との間に第１のクラッチ４１が設けられ、モータジェネレータ４０と変速機５との間に第２のクラッチ４２が設けられている。

制御手段２０は、エンジン走行時には第１のクラッチ４１と第２のクラッチ４２を接続させて、エンジン２から前輪６に動力を伝達させる。モータ走行時には、通常、第１のクラッチ４１を切断し、第２のクラッチ４２を接続して、モータジェネレータ４０からエンジン２に動力を伝達せずに、前輪６に動力を伝達する。
本実施形態では、ステップＳ９０及びステップＳ１１０においてエンジン強制回転を行なう場合には、第１のクラッチ４１を接続させる。これにより、車両の走行エネルギーによってエンジン２を強制回転可能となる。

このような２輪駆動式のハイブリッド車においても、上記第１の実施形態または第２の実施形態と同様に制御することで、減速時にエンジン２を強制回転させて、エンジン２の温度を上昇させることが可能となる。

１ 車両（ハイブリッド車）
２ エンジン
３ 第１のモータジェネレータ
５ 変速機
１１ バッテリ
１２ 第２のモータジェネレータ
１３ 水温センサ
２０ 車両コントロールユニット
２２ 車両制動装置
３０ 吸排気抵抗装置
４０ モータジェネレータ

Claims (6)

1. 走行駆動源として電気モータ及びエンジンを備え、前記電気モータによる単独走行が可能なハイブリッド車であって、
   前記電気モータに電力を供給するバッテリと、
   前記バッテリへの回生により車両の制動を行なう回生制動手段と、
   前記車両の駆動輪の回転を伝達し燃料を噴射することなく前記エンジンを強制回転させて前記車両の制動を行なう強制回転制動手段と、
   前記エンジンの温度を検出する温度検出手段と、
   前記エンジンの始動前における前記電気モータによる単独走行時において、車両減速時に前記温度検出手段により検出した前記エンジンの温度に基づいて、前記回生制動手段による制動及び前記強制回転制動手段による制動を実行させる制御手段と、
   を備えることを特徴とするハイブリッド車。
2. 前記バッテリの充電量を検出する充電量検出手段と、
   車両の走行状態及びブレーキ操作に基づいて要求される制動エネルギーを演算する要求制動量演算手段を更に備え、
   前記制御手段は、前記温度検出手段により検出した前記エンジンの温度が所定温度以下かつ前記充電量検出手段により検出された充電量が所定値以下のときには、前記回生制動手段による制動を実行させるとともに、前記要求制動量演算手段により演算した制動エネルギーが前記回生制動手段による制動エネルギーの最大値に達するまでは前記強制回転制動手段における制動力を０に設定し、該制動エネルギーが前記回生制動手段による制動エネルギーの最大値を超える場合には前記要求制動量演算手段により演算した制動エネルギーと前記回生制動手段による制動エネルギーとの差に基づいて前記強制回転制動手段における制動力を可変制御することを特徴とする請求項１に記載のハイブリッド車。
3. 前記エンジンにより駆動されて発電する発電機を更に備え、当該発電機により発電した電力を前記バッテリに充電可能であって、
   前記制御手段は、前記充電量検出手段により検出された充電量が、第１の所定量以上である場合に前記発電機による発電を抑制するとともに、前記第１の所定量より大きい第２の所定量以下である場合に前記強制回転制動手段による制動を行なうことを特徴とする請求項１または２に記載のハイブリッド車。
4. 前記エンジンは変速機を介して駆動輪に動力を伝達可能であって、
   前記制御手段は、前記強制回転制動手段による前記エンジンの強制回転時に前記変速機を制御して制動力を可変制御することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のハイブリッド車。
5. 前記エンジンの吸排気抵抗を可変させる可変抵抗手段を更に備え、
   前記制御手段は、前記強制回転手段による前記エンジンの強制回転時に前記可変抵抗手段を制御して制動力を可変制御することを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のハイブリッド車。
6. 前記制御手段は、前記温度検出手段により検出されたエンジンの温度と前記エンジンの暖機完了を判定する暖機完了判定温度との偏差を算出し、該偏差が大きいほど前記強制回転制動手段による前記エンジンの強制回転時の回転速度が増加するように前記変速機を制御することを特徴とする請求項４に記載のハイブリッド車。

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