JP6500368B2 - ハイブリッド車両の回生制御装置 - Google Patents

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Description

本発明は、ハイブリッド車両の回生制御装置に関する。
従来、車両の駆動源としてエンジンおよび走行用モータを搭載したハイブリッド車両において、走行用モータに発電機能を付加した走行用モータジェネレータを用いるともに、走行用モータジェネレータとは別個に発電用モータジェネレータをエンジンに連結し、エンジンの駆動力を動力伝達経路から断接可能としたものが知られている。すなわち、エンジンおよび走行用モータジェネレータのそれぞれで、駆動力の生成と発電とを個別に実施するシリーズ・パラレル併用方式のハイブリッド車両である。
上記のようなハイブリット車両では、エンジンおよび走行用モータジェネレータの併用によって、車両の動力性能とともに、走行時のエネルギー効率についても向上が図られている。
例えば、走行用モータジェネレータの駆動力による走行中には、減速時に生成される回生電力でバッテリを充電することができ、またエンジンブレーキのような回生制動力を車輪に付与することができる。さらに、運転効率の高い回転速度でエンジンを作動させ、そのエンジンで発電用モータジェネレータを駆動することで、バッテリを効率的に充電することもできる。
一方、上記のようなハイブリッド車両では、走行中におけるバッテリへの充電頻度が高まることから、バッテリの過充電が懸念される。特に、走行用モータジェネレータで生成される回生電力の回収量は、車両の制動力の大きさに影響を与える。そのため、バッテリが満充電に近い状態であっても、何らかの手法を用いて走行用モータジェネレータの回生電力を回収しながら走行することが望まれる。
そこで、エンジンに連結されたモータジェネレータを電動機として駆動し、停止中のエンジンを強制的に回転(モータリング)させる技術が提案されている。すなわち、車両の動力伝達経路から切り離された状態のエンジンをモータジェネレータの回転負荷として利用し、モータジェネレータに電力を消費させるものである。このような制御により、バッテリへの充電を規制しながら回生制動を実施することができ、ドライブフィーリングを向上させることができる(下記特許文献1参照)。
また、バッテリの充電が制限されている最中に発電を伴って走行用モータジェネレータを回生制御するときに、エンジンの回転抵抗を増加する回転抵抗増加要求がなされていない場合にはエンジンがモータリングされるよう発電用モータジェネレータを駆動制御し、回転抵抗増加要求がなされている場合には回転抵抗増加要求がなされていない場合に比してバルブタイミングが進角されると共に吸気系の圧力が所定圧力を下回らない範囲内でスロットル開度が調節されるようエンジンを運転制御しエンジンがモータリングされるよう発電用モータジェネレータを駆動制御する技術が提案されている(下記特許文献2参照)。
これにより、バッテリの充電が制限されている最中に走行用モータジェネレータを回生制御するときでも走行用モータジェネレータの発電電力をエンジンのモータリングでより確実に消費することができると共に、エンジンのモータリングに伴って吸気系の負圧により潤滑油がエンジンの吸気系や燃焼室に吸い込まれるのを抑制することができる。
特開2012−6525号公報 特開2010−247749号公報
エンジンからの排気管には、排気ガスの空燃比を検出するLAF(リニア空燃比)センサが設置されている。LAFセンサは、排気ガス中の空燃比を連続した値として検出可能であり、従来一般的に用いられていたO2センサと比較して検出レンジが広く、精度も高い。
ここで、上述のようにエンジンをモータリングで回転させると、気筒内での燃焼が行われないため、気筒内のオイルがそのまま排気管方向に排出される。このオイルがLAFセンサに付着することにより、LAFセンサの測定精度が低下し、車両の排ガス性能が低下する可能性がある。
本発明は、このような事情に鑑みなされたものであり、その目的は、バッテリの充電規制時にモータリングを行うハイブリット自動車において、エンジン下流に設けられたセンサが汚損するのを防止することにある。
上述の目的を達成するため、請求項1の発明にかかるハイブリッド車両の回生制御装置は、エンジンにより駆動され発電を行うとともに、前記エンジンの駆動用モータとして機能する発電用モータジェネレータと、車両の駆動輪の駆動および回生発電を行う走行用モータジェネレータと、前記発電用モータジェネレータおよび前記走行用モータジェネレータに接続され、電力の授受を行うバッテリと、前記車両の減速時に前記走行用モータジェネレータの前記回生発電で発生した電力で前記バッテリを充電する第一回生制動の実施を制御する第一回生制動制御手段と、前記バッテリの状態を検出するバッテリ状態検出手段と、前記バッテリ状態検出手段により検出された前記バッテリの状態に基づいて前記バッテリの充電規制の要否を判定し、前記充電規制が必要とされる場合は前記第一回生制動の実施を禁止または制限する回生制動力制御手段と、を備えたハイブリッド車両の回生制御装置において、前記車両の減速時に前記走行用モータジェネレータの前記回生発電で発生した電力で前記発電用モータジェネレータを回転駆動させて前記エンジンに回転駆動力を伝達する第二回生制動の実施を制御する第二回生制動制御手段と、前記エンジンに燃料を供給し、前記燃料を燃焼させて前記エンジンで前記回転駆動力を発生させる燃焼運転の実施を制御する燃焼運転制御手段と、前記車両の回生制動力の強さを示す回生レベル設定を増減調整する操作手段と、を備え、前記回生制動力制御手段は、前記第一回生制動の実施を禁止または制限した場合には、前記第二回生制動および前記燃焼運転を共に同時に実施させ、さらに、前記操作手段の設定に応じて前記第一回生制動の実施を制御することで前記回生制動力を制御する一方で、前記第一回生制動の実施を禁止または制限した状態では、前記操作手段が回生制動力増方向の回生レベルに設定された場合に前記第二回生制動および前記燃焼運転を共に実施させ、前記操作手段が回生制動力減方向の回生レベルに設定された場合に前記第二回生制動および前記燃焼運転を共に停止させる、ことを特徴とする。
請求項2の発明にかかるハイブリッド車両の回生制御装置は、前記回生制動力制御手段は、前記第一回生制動の実施を禁止または制限した状態で、前記操作手段が所定の回生レベルよりも前記回生制動力増方向の回生レベルに設定された場合には前記第二回生制動および前記燃焼運転を共に実施させ、その後前記操作手段が前記所定の回生レベルまたは前記所定の回生レベルよりも前記回生制動力減方向の回生レベルに設定された場合に前記第二回生制動および前記燃焼運転を共に停止させる、ことを特徴とする。
請求項3の発明にかかるハイブリッド車両の回生制御装置は、前記操作手段は、前記回生制動力増方向および前記回生制動力減方向に複数段の設定を有する第一操作手段であり、前記回生制動力制御手段は、前記第一回生制動に対しては前記第一操作手段による設定に応じた複数段の設定を実行する一方で、前記第二回生制動および前記燃焼運転に対しては実施および停止の二段階の設定を行う、ことを特徴とする。
請求項4の発明にかかるハイブリッド車両の回生制御装置は、前記操作手段は、前記車両の前記回生制動力を初期設定に対して増方向にのみ調整可能な第二操作手段であり、前記回生制動力制御手段は、前記第一回生制動の実施を禁止または制限した状態で前記第二操作手段が前記初期設定から前記回生制動力増方向に操作された場合に前記第二回生制動および前記燃焼運転を実施させ、その後前記第二操作手段が前記初期設定に復帰操作された場合に前記第二回生制動および前記燃焼運転を共に停止させる、ことを特徴とする。
請求項5の発明にかかるハイブリッド車両の回生制御装置は、前記燃焼運転制御手段は、前記エンジンを負トルクで前記燃焼運転する、ことを特徴とする。
請求項6の発明にかかるハイブリッド車両の回生制御装置は、前記負トルクは、前記エンジンの可燃限界トルクを含む、ことを特徴とする。
請求項7の発明にかかるハイブリッド車両の回生制御装置は、前記バッテリ状態検出手段は、前記バッテリの充電状態を検出する充電状態検出手段であり、前記回生制動力制御手段は、前記充電状態検出手段により検出された充電状態が満充電近傍の所定上限値以上である場合に前記バッテリの充電規制が必要と判定する、ことを特徴とする。
請求項8の発明にかかるハイブリッド車両の回生制御装置は、前記車両の走行速度を検知する車速検知手段をさらに備え、前記回生制動力制御手段は、前記走行速度が所定速度以上の場合に前記第二回生制動および前記燃焼運転を実施させる、ことを特徴とする。
発明によれば、バッテリの充電規制時に走行用モータジェネレータで発生した電力を発電用モータジェネレータで消費させて、通常時(充電の非規制時)と同様の回生制動力を発生させるとともに、エンジンのファイアリングによってエンジン排気中の残留燃料を低減させてエンジン下流に設けられたセンサ類の汚損を防止することができる。
発明によれば、エンジンの目標トルクを負トルクに設定することによって、ファイアリングによる燃料消費を抑えつつセンサ類の汚損を抑制することができる。
発明によれば、エンジンの目標トルクを可燃限界トルクに設定することによって、最小限の燃料消費でファイアリングを行うことができる。
発明によれば、充電規制時に運転者の好み、すなわち回生制動力の確保を重視するか、静粛性や燃費向上を重視するかに応じた回生動作を行い、利便性を向上させることができる。
発明によれば、第二回生制動および燃焼運転を一旦開始させた後は、第二回生制動および燃焼運転が停止しにくくなり、エンジンの稼働/停止の頻繁な繰り返しを抑制できるので、騒音や回生制動力の変動を防止することができる。
発明によれば、多段操作の第一操作手段に対して、充電規制時でも少なくとも2つの回生制動力の強さを設定することができ、最低限の利便性を確保することができる。また、回生制動力の多段切替ができないことで充電規制中であることを運転者に気づきやすくさせ、通常時のようには回生制動が効かない状況であることを認識させやすくすることができる。
発明によれば、操作手段が第二操作手段である場合に、運転者の操作に対して違和感のない設定を実現することができる。
発明によれば、バッテリの過充電による性能低下を防止することができる。
発明によれば、第二回生制動および燃焼運転をハイブリット車両の走行速度が所定速度以上の場合にのみ行うことによって、エンジン駆動による騒音や振動の影響を低減させ、ハイブリット車両の走行フィーリングを向上させることができる。
実施の形態にかかる回生制御装置10が搭載されたハイブリット車両20の構成を示す説明図である。 ステアリング128に設けられたパドルスイッチ1162の周辺構成を示す模式図である。 運転席に設けられたシフトレバー1164の周辺構成を真上側から示す模式図である。 パドルスイッチ1162およびシフトレバー1164によって設定可能な回生制動力を示す概念図である。 回生制御装置10の回生制動処理の手順を示すフローチャートである。 操作手段116の設定に対する第二回生制動および燃焼運転の実施可否の設定例を示す説明図である。 操作手段116の設定に対する第二回生制動および燃焼運転の実施可否の設定例を示す説明図である。
以下に添付図面を参照して、本発明にかかるハイブリッド車両の回生制御装置の好適な実施の形態を詳細に説明する。
(実施の形態)
<装置構成>
図1は、実施の形態にかかる回生制御装置10が搭載されたハイブリット車両20の構成を示す説明図である。
ハイブリット車両20は、エンジン102、発電用モータジェネレータ104、走行用モータジェネレータ106、バッテリ(バッテリ)108、インバータ110、クラッチ112、駆動輪114、操作手段116(シフトレバー(第一の操作手段)1162、パドルスイッチ(第二の操作手段)1164)、車速センサ(車速検知手段)118、アクセルペダルセンサ120、エンジン回転数センサ122、充電状態検出回路124、温度センサ126、車両ECU130を含んで構成されている。
エンジン102は、ガソリンエンジンやディーゼルエンジンなどの内燃機関であり、燃料(ガソリン、軽油等)を含む混合気を燃焼室内で燃焼させることにより回転駆動力を発生させる。
エンジン102で発生させた回転駆動力は、発電用モータジェネレータ104の駆動および駆動輪114の駆動に用いられる。より詳細には、エンジン102は、発電用モータジェネレータ104と直結されると共にクラッチ112を介して駆動輪114と断接可能に接続されている。なお、発電用モータジェネレータ104は、エンジン102により駆動され発電を行うとともに、エンジン102の駆動用モータとして機能する。
バッテリ108のSOCが基準領域以下となりバッテリ108の充電が必要になると、エンジン102が作動して発電用モータジェネレータ104を駆動し、バッテリ108の充電を行う。このとき、エンジン102と駆動輪114との接続は、クラッチ112により遮断され、動力の伝達は行われない。
また、エンジン102に走行駆動力が要求される場合には、クラッチ112を接続してエンジン102の回転駆動力を駆動輪114に供給する。エンジン102に走行駆動力が要求される場合とは、アクセルペダルセンサ120により検出される運転者の出力要求(アクセル踏み込み)が一定以上(例えば、アクセル開度が基準値以上、またはアクセル開度増加率が基準値以上)となって走行用モータジェネレータ106のみでは駆動トルクが足りない場合や、充電状態検出回路124により検出されるバッテリ108のSOCが基準値以下となり、走行用モータジェネレータ106の出力を抑えたい場合などが挙げられる。
このとき、発電用モータジェネレータ104を無負荷状態にしてエンジン102の回転駆動力を全て駆動輪114に供給する状態と、発電用モータジェネレータ104を発電負荷状態にしてエンジン102の回転駆動力の一部を駆動輪114に供給し残りのトルクで発電用モータジェネレータ104を駆動する状態とを取り得る。
バッテリ108は、発電用モータジェネレータ104および走行用モータジェネレータ106に接続されており、発電用モータジェネレータ104および走行用モータジェネレータ106との間で電力の授受を行う。
バッテリ108は、インバータ110を介して走行用モータジェネレータ106に駆動用電力を供給する。
また、バッテリ108の充電は、発電用モータジェネレータ104および走行用モータジェネレータ106で発電された電力を用いて行う。すなわち、ハイブリット車両20の減速時に走行用モータジェネレータ106の発電動作で発生した電力をインバータ110を介してバッテリ108に供給する方法と(第一回生制動)、発電用モータジェネレータ104で発電された電力をインバータ110を介してバッテリ108に供給する方法とがある。
なお、後述するように、走行用モータジェネレータ106の発電動作で発生した電力をインバータ110を介して発電用モータジェネレータ104に供給することも可能である。
バッテリ108の周辺にはバッテリの状態を検出するバッテリ状態検出手段が設けられている。本実施の形態では、バッテリ状態検出手段として、バッテリ108のバッテリセルの電流(セル電流)、電圧(セル電圧)からバッテリ108の充電状態(SOC)を検出する充電状態検出回路(充電状態検出手段)124や、バッテリ108のバッテリセルの温度(セル温度)を検出する温度センサ126が設けられている。これらバッテリ状態検出手段で検出された情報は、車両ECU130に出力される。
走行用モータジェネレータ106は、発電用モータジェネレータ104またはバッテリ108から供給される電力で駆動輪114を駆動するとともに、ハイブリット車両20の減速時には発電動作が可能である。すなわち、走行用モータジェネレータ106は、ハイブリット車両20の駆動輪114の駆動および回生発電を行う。
より詳細には、走行用モータジェネレータ106は、駆動輪114と常時接続されており、アクセルペダルセンサ120によって運転者の出力要求(アクセル踏み込み)が検知されると、バッテリ108の電力を用いてモータとして作動し出力トルクを発生して、ハイブリット車両20の走行のための駆動トルク(走行駆動力)として駆動輪114に出力する。
また、運転者がアクセルを開放するとこれがアクセルペダルセンサ120により検知され、走行用モータジェネレータ106はジェネレータとして機能して発電動作を行うことにより、第一回生制動を実施する。つまり、駆動輪114からの回転トルクを受けて発電し、この発電負荷を車両の制動力(回生制動力)として発揮する。
回生制動力の強さは、操作手段116によって設定可能である。
操作手段116は、ハイブリット車両20の回生制動力の強さを示す回生レベル設定を増減調整する。
本実施の形態では、操作手段116は、回生制動力増方向および回生制動力減方向に複数段の設定を有するパドルスイッチ(第一の操作手段)1162、およびハイブリット車両20の回生制動力を初期設定に対して増方向にのみ調整可能なシフトレバー(第二の操作手段)1164を含んで構成される。
図2は、ステアリング128に設けられたパドルスイッチ1162の周辺構成を示す模式図である。
パドルスイッチ1162は、回生制動力を減少方向に段階的に切り換え可能なパドルプラススイッチ1162Aと回生制動力を増加方向に段階的に切り換え可能なパドルマイナススイッチ1162Bとを備えており、運転手がステアリング128を握った状態でパドルプラススイッチ1162Aまたはパドルマイナススイッチ1162Bを押下することによって操作可能に構成されている。
また、図3は、運転席に設けられたシフトレバー1164の周辺構成を真上側から示す模式図である。
シフトレバー1164は、運転手の操作によって走行モードを切り換え可能とする操作部であり、ハイブリット車両20の運転席に設けられている。
シフトレバー1164は、初期状態として図示のホームポジションに設定されており、運転手が矢印に沿って前後左右にシフトポジションを変更することにより、対応する走行モードに切り換え可能になっている。
ここで、Nポジションは走行用モータジェネレータ106の動力を駆動輪114に伝達しないニュートラルモードであり、Dポジションは前進走行を行う通常走行モードであり、Rポジションは後退走行を行う後退モードを示している。
Dポジションを選択することで通常走行モードにある場合、シフトレバー1164をBポジションに操作することによって、走行用モータジェネレータ106の回生制動力を段階的にシフトできる。運転手がシフトレバー1164をBポジションに操作した後にシフトレバー1164を開放すると、シフトレバー1164は自動的にホームポジションに復帰するように構成されており、Bポジションへの操作回数に応じて回生制動力(回生比率)が増方向にシフトするようになっている。
図4は、パドルスイッチ1162およびシフトレバー1164によって設定可能な回生制動力を示す概念図である。
ここで、回生制動力とは回生比率のことであり、回生比率とは一定速度で計測した際の回生量を示す。走行用モータジェネレータ106の回生制動力は、その大きさによってB0〜B5の6段階のシフト段が設定されている。
ここで、それぞれのシフト段を回生レベルとし、パドルスイッチ1162によって設定可能な一連のシフト段をまとめて第一のシフトパターンとし、シフトレバー1164によって設定可能な一連のシフト段をまとめて第二のシフトパターンとする。回生制動力はB0からB5に向かうに従って強くなり、運転手の減速フィーリングや回生レベルが増大するようになっている。
なお、これら複数の回生レベルのうち、基準となる初期設定を例えばB2とする。すなわち、後述するシフトレバー1164がDポジションにある、またはパドルスイッチ1162がBCに操作された状態を初期設定とする。
シフトレバー1164によって選択可能な第二のシフトパターンは、シフト段D、B、BLから構成されている。シフト段Dはシフトレバー1164をDポジションに操作することによって選択可能であり、回生制動力は初期設定であるB2に相当している。シフト段Bにはシフトレバー1164をDポジションからBポジションに一回操作することにより移行し、シフト段Dより回生制動力が強いB3に設定されている。シフト段BLにはシフトレバー1164をさらに一回Bポジションに操作することにより移行し、シフト段Bより回生制動力が強いB5に設定されている。
ここで、B2からB3への回生比率の変化量よりもB3からB5への回生比率の変化量の方が大きい。このように、シフトレバー1164で設定される回生レベル間における回生比率の変化量を、回生比率が高い回生レベルほど大きく設定することによって、回生量を大きく変更する場合においても、シフトレバー1164の操作によって、素早く運転手が望む回生量を得ることができる。
また、シフトレバー1164は、パドルスイッチ1162に比べてシフト段数が少なくなっており、所定回生レベルを設定するための操作回数が少なくなるように設定されている。そのため、シフトレバー1164ではパドルスイッチ1162に比べて同じ回生量を得るためのシフト操作の回数が少なくなるため、少ない操作回数で回生制動力を容易に増減制御でき、運転手の操作負担の軽減に適している。
また、パドルスイッチ1162によって選択可能な第一のシフトパターンは、シフト段BA、BB、BC、BD、BE、BFの回生レベルから構成されており、第二のシフトパターンに比べてシフト段数が多くなっている。
シフト段BA、BB、BC、BD、BE、BFはそれぞれ回生制動力がB0、B1、B2、B3、B4、B5に相当しており、パドルプラススイッチ1162Aおよびパドルマイナススイッチ1162Bの操作回数に応じて移行できるようになっている。
ここで、B0、B1、B2、B3、B4、B5の各々の回生比率の変化量は等しくしてもよい。このようにパドルスイッチ1162によって設定される回生レベル間における回生比率の変化料を等しく設定することによって、段階的に回生量を増減できるので、きめ細やかな回生制御が可能となる。
またパドルスイッチ1162はシフトレバー1164に比べてシフト段数が多くなっており、所定回生レベルを設定するための操作回数が多くなるように設定されていることからも、きめ細やかな回生制動力の制御に適している。
このように所定回生レベルに設定するための操作回数が異なるシフトレバー1164およびパドルスイッチ1162を備えることにより、走行状態に応じて運転者の意図に沿った回生制動力の制御が可能になる。特に、シフトレバー1164ではパドルスイッチ1162に比べて同じ回生量を得るためのシフト操作の回数が少なくなるため、少ない操作回数で回生制動力を容易に増減制御でき、運転手の操作負担の軽減に適している。逆に、パドルスイッチ1162ではシフトレバー1164に比べてシフト操作回数が多く設定されているため、きめ細やかな回生制動力の制御に適している。
図1の説明に戻り、車両ECU130は、CPU、制御プログラムなどを格納・記憶するROM、制御プログラムの作動領域としてのRAM、各種データを書き換え可能に保持するEEPROM、周辺回路等とのインターフェースをとるインターフェース部などを含んで構成されるマイクロコンピュータであり、車両20全体の制御を行う。
車両ECU130には、アクセルペダルセンサ120、エンジン102の回転数を検出するエンジン回転数センサ122、車速センサ118といった車両側情報の各種センサが接続されており、これらセンサ類からの検出情報、すなわち車両の走行状態情報が入力される。
また、車両ECU130には、充電状態検出回路124や温度センサ126が接続されており、これらセンサ類からの検出情報、すなわちバッテリの状態を示すバッテリ状態情報が入力される。
また、車両ECU10には、インバータ110を通じて、走行用モータジェネレータ106の電流(モータ電流)および電圧(モータ電圧)、モータ回転数などのモータ駆動状態情報も入力される。
<回生制御装置10における制御の詳細>
車両ECU130は、上記CPUが上記制御プログラムを実行することにより、第一回生制動制御手段1302、第二回生制動制御手段1304、燃焼運転制御手段1306、回生制動力制御手段1308を実現する。
第一回生制動制御手段1302は、ハイブリット車両20の減速時に走行用モータジェネレータ106の発電動作で発生した電力でバッテリ108を充電する第一回生制動の実施を制御する。
第一回生制動制御手段1302による第一回生制動は、すなわち「通常の回生」である。第一回生制動の実施時には、走行用モータジェネレータ106で発電を行ってバッテリ108を充電するとともに、発電負荷を車両の制動力(回生制動力)として利用してハイブリット車両20を減速させる。
第二回生制動制御手段1304は、ハイブリット車両20の減速時に走行用モータジェネレータ106の発電動作で発生した電力で発電用モータジェネレータ104を回転駆動させてエンジン102に回転駆動力を伝達する第二回生制動の実施を制御する。
第二回生制動制御手段1304による第二回生制動は、すなわち「モータリング制御」に対応する。
モータリング制御とは、発電用モータジェネレータ104でエンジン102を強制的に回転駆動することによって、走行用モータジェネレータ106で発電した電力を消費させる制御である。これにより、バッテリ108に対して充電を行うことなく回生制動力を発生させることができる。
モータリング制御では、第二回生制動制御手段1304からインバータ110に対して、走行用モータジェネレータ106で発電した電力の供給先をバッテリ108から発電用モータジェネレータ104に切り替えるよう制御信号を出力する。このとき、後述する目標回転駆動力がエンジン102で生じるように、発電用モータジェネレータ104への電圧や電流、交流周波数等が調整される。
燃焼運転制御手段1306は、エンジン102に燃料を供給し、燃料を燃焼させてエンジン102で回転駆動力を発生させる燃焼運転の実施を制御する。
燃焼運転制御手段1306による燃料供給は、すなわち「ファイアリング制御」に対応する。
ファイアリング制御とは、エンジン102に燃料を供給して点火または着火すること(ファイアリング)によって燃料を燃焼させ、少なくともエンジン102で熱が発生し続ける状態にする制御である。
ファイアリング制御では、燃焼運転制御手段1306から制御信号を出力し、エンジン102を作動させる。このとき、後述するエンジン目標トルクがエンジン102で生じるように、燃料噴射量や燃料噴射タイミング、吸入空気量、点火時期等が調整される。
回生制動力制御手段1308は、バッテリ状態検出手段により検出されたバッテリ108の状態に基づいてバッテリ108の充電規制の要否を判定し、充電規制が必要とされる場合は第一回生制動の実施を禁止または制限する。そして、回生制動力制御手段1308は、第一回生制動の実施を禁止または制限した状態で、第二回生制動および燃焼運転を共に実施させる。
すなわち、回生制動力制御手段1308は、充電規制が必要とされる場合は走行用モータジェネレータ106の発電電力をバッテリ108に供給する第一回生制動を実施することを避け、走行用モータジェネレータ106の発電電力を発電用モータジェネレータ104に供給して第二回生制動(モータリング)を実施するとともに、エンジン102で燃料を燃焼するファイアリングを実施する。
上記のモータリング制御およびファイアリング制御、すなわち第二回生制動および燃焼運転は、バッテリ108の充電が規制される状態での回生発電に際し、二つの制御がともに(同時に、並行して)実施される。つまり、発電用モータジェネレータ104を回転させてエンジン102を付勢し続けたまま、エンジン102での燃料供給および点火(又は着火)を継続する操作がなされる。
このような制御によって、バッテリ108の充電規制時に走行用モータジェネレータ106で発生した電力を発電用モータジェネレータ104で消費させて、通常時(充電の非規制時)と同様の回生制動力を発生させるとともに、エンジン102をファイアリングさせることによって、エンジン排気中の残留燃料を低減させてLAFセンサの汚損を防止することができる。
バッテリ108の充電規制が必要とされる場合とは、例えばバッテリ108のSOCが所定の上限値以上となり、過充電が懸念される状態となった場合である。この場合、バッテリ状態検出手段とは、バッテリ108の充電状態を検出する充電状態検出回路124(充電状態検出手段)であり、回生制動力制御手段1308は、充電状態検出回路124により検出された充電状態が満充電近傍の所定上限値以上である場合にバッテリ108の充電規制が必要と判定する。
なお、この他バッテリ108の充電規制が必要とされる場合として、例えばバッテリ108のバッテリ温度が極低温状態または極高温状態にある場合などが挙げられる。
回生制動力制御手段1308において、第一回生制動の実施を禁止する、とは、走行用モータジェネレータ106で回生発電を行わない、または走行用モータジェネレータ106で発電した電力を一切バッテリ108に入力させないことを指す。また、回生制動力制御手段1308において、第一回生制動の実施を制限する、とは、走行用モータジェネレータ106で発電した電力のうち一部のみをバッテリ108の充電に用いることを指す。
具体的には、例えばバッテリ108のSOCが98%以上では走行用モータジェネレータ106で回生発電した電力をバッテリ108に入力せずに(第一回生制動を禁止)、SOCが95%以上98%未満では走行用モータジェネレータ106で回生発電した電力のうち7kWまでをバッテリ108に入力し(第一回生制動を制限)、SOCが95%未満では走行用モータジェネレータ106で回生発電した電力をすべてバッテリ108に入力する(第一回生制動を実施)、などである。
また、燃焼運転制御手段1306は、エンジン102を負トルクで燃焼運転する。すなわち、燃焼運転制御手段1306は、エンジン102の目標トルクを負トルクに設定する。この負トルクは、エンジン102の可燃限界トルクを含んでいる。
エンジン102の可燃限界トルクとは、可燃限界(燃料と空気との混合気が燃焼しうる最小の濃度限界)での燃焼で発生するトルクである。例えば、エンジン102の目標トルクが可燃限界トルクに設定されているとき、エンジン102には自立回転を辛うじて維持する量の燃料および空気が導入される。したがって、その燃料量または空気量の何れかを減少させた場合、あるいは負荷を増大させた場合には、エンジン102が自立回転を維持できなくなり、エンジン102がエンスト(停止)する。
このように、可燃限界トルクは、エンジン102の無負荷状態における自立回転を維持するための最小トルクであり、エンジン102の機械的な摩擦損失、吸排気損失、冷却損失等の負荷損失(内部負荷)に相当する無負荷トルクを含む。一方、可燃限界トルクは、空調負荷、変速機負荷、補機負荷等、エンジン102の外部装置の負荷(外部負荷)に相当する外部負荷トルクを含まない。
なお、エンジン102のアイドリング回転を維持するためのアイドリングトルクは、無負荷トルクおよび外部負荷トルクの双方を含む。したがって、可燃限界トルクは、前記アイドリングトルクよりも小さい値を持つ。
エンジン102の目標トルクを負トルク(可燃限界トルク)に設定することによって、最小限の燃料消費でファイアリングを行い、燃費の向上を図りつつLAFセンサの汚損を抑制することができる。
回生制動力制御手段1308は、さらに、上述した操作手段116の設定に応じて第一回生制動制御の実施を制御することで回生制動力を制御する一方で、第一回生制動制御の実施を禁止または制限した状態では、操作手段116が回生制動力増方向の回生レベルに設定された場合に第二回生制動および燃焼運転を共に実施させ、操作手段116が回生制動力減方向の回生レベルに設定された場合には第二回生制動制御および燃焼運転を共に停止させる。
より詳細には、回生制動力制御手段1308は、操作手段116の設定に応じて第一回生制動によって発生する回生制動力の強さを制御する。すなわち、操作手段116に対して回生制動力を強める設定がなされている場合には、走行用モータジェネレータ106の回生比率を高めてより強い回生制動力を得られるようにする。また、操作手段116に対して回生制動力を弱める設定がなされている場合には、走行用モータジェネレータ106の回生比率を低くして得られる回生制動力を小さくする。
一方、充電が規制され第一回生制動を禁止または制限した状態では、操作手段116に対して回生制動力を強める設定がなされた場合に、第二回生制動および燃焼運転を共に実施させて、第二回生制動により回生制動力を発生させるとともにエンジン102を稼働させる。また、回生制動力を弱める設定がなされた場合には、第二回生制動および燃焼運転を共に停止させて回生制動力の発生およびエンジン102の稼働を行わないようにする。
このような制御を行うのは、充電規制時に運転者の好みに応じた回生動作を行い、利便性を向上させるためである。より詳細には、第二回生制動および燃焼運転の実行時には、エンジン102が回転して騒音を発生する。また、燃焼運転時には、わずかながら燃料を消費する。よって、これらを好まない運転者にとっては、第二回生制動および燃焼運転を実施しないことが望まれる。
このため、運転者が積極的に操作手段116を操作して回生制動力の増加を要求した場合にのみ第二回生制動および燃焼運転を実施して、これ以外は第二回生制動および燃焼運転を停止することによって、運転者が静粛性よりも回生制動力を望む場合(エンジンオン)と、運転者が回生制動力よりも静粛性または燃費の向上の望む場合(エンジンオフ)とを切替可能としている。
なお、操作手段116への「回生制動力増方向への設定」とは、図6上段に示すように、操作手段116がパドルスイッチ1162の場合には、シフト段BA→BB、BB→BC、BC→BD、BD→BE、BE→BFとする操作を指し、操作手段116がシフトレバー1164の場合にはシフト段D→B、B→BLへの操作を指す。
また、操作手段116への「回生制動力減方向への設定」とは、図6下段に示すように、操作手段116がパドルスイッチ1162の場合には、シフト段BF→BE、BE→BD、BD→BC、BC→BB、BB→BAとする操作を指し、操作手段116がシフトレバー1164の場合にはシフト段BL→B、B→Dへの操作を指す。
また、回生制動力制御手段1308は、第一回生制動制の実施を禁止または制限した状態で、操作手段116が所定の回生レベルよりも回生制動力増方向の回生レベルに設定された場合には第二回生制動および燃焼運転を共に実施させ、その後操作手段116が所定の回生レベルまたは所定の回生レベルよりも回生制動力減方向の回生レベルに設定された場合には第二回生制動および燃焼運転を共に停止させるようにしてもよい。
ここで、「所定の回生レベル」とは、例えば上述した回生レベルの初期設定であるB2であり、シフトレバー1164がDポジションにある、またはパドルスイッチ1162がBCに操作された状態を指す。よって、この場合、「所定の回生レベルよりも回生制動力増方向の回生レベル」とは、図7左側に示すようにシフトレバー1164がBポジションに操作されシフト段がBまたはBLある、もしくはパドルスイッチ1162がBD,BE,BFのいずれかに操作された状態を指す。また、「所定の回生レベルよりも回生制動力減方向の回生レベル」とは、図7右側に示すようにパドルスイッチ1162がBAまたはBBに操作された状態を指し、シフトレバー1164には対応する操作はない。
回生制動力制御手段1308は、操作手段116が所定の回生レベルよりも回生制動力増方向の回生レベルに設定された場合には、その後操作手段116が所定の回生レベルまたは所定の回生レベルよりも回生制動力減方向の回生レベルに設定されるまで第二回生制動および燃焼運転の実施を継続させる。
よって、第二回生制動および燃焼運転を一旦開始させた場合は、第二回生制動および燃焼運転の実施が停止しにくくなり、実施/停止の頻繁な繰り返しを抑制できるので、騒音や回生制動力の変動を防止することができる。
なお、例えば操作手段116が所定の回生レベルよりも回生制動力増方向の回生レベルに設定された状態で第一回生制動制の実施を禁止または制限された場合に、第二回生制動および燃焼運転を共に実施させ、その後操作手段116が所定の回生レベルまたは所定の回生レベルよりも回生制動力減方向の回生レベルに設定された場合には第二回生制動および燃焼運転を共に停止させるようにしてもよい。
すなわち、操作手段116に対して回生制動力を強める設定がなされている状態での走行中に、バッテリ108のSOCが上昇するなどして充電規制が必要となり、第一回生制動制の実施が禁止または制限された場合にも、第二回生制動および燃焼運転を実施するようにしてもよい。
また、操作手段116が回生制動力増方向および回生制動力減方向に複数段の設定を有する第一操作手段、すなわちパドルスイッチ1162である場合、回生制動力制御手段1308は、第一回生制動に対しては第一操作手段(パドルスイッチ1162)による設定に応じた複数段の設定を実行する一方で、第二回生制動および燃焼運転に対しては実施および停止の二段階の設定を行うようにしてもよい。
すなわち、充電非規制時(第一回生制動実施時)にはパドルスイッチ1162の設定に応じて細やかに強度を変更して回生制動力を発生させる一方で、充電規制時には回生制動あり(第二回生制動および燃焼運転の実施)または回生制動なし(第二回生制動および燃焼運転の停止)のいずれかの状態とする。充電規制時に回生制動ありとするか回生制動なしとするかは、例えばパドルスイッチ1162への設定が所定回生レベル以上か否かによって切り替えるようにしてもよい。
これにより、多段操作の第一操作手段(パドルスイッチ1162)に対して、充電規制時でも少なくとも2つの切り替えモードを設定することができ、最低限の利便性を確保することができる。また、回生制動力の多段切替ができないことで充電規制中であることを運転者に気づきやすくさせ、通常時のようには回生制動が効かない状況であることを認識させやすくすることができる。
また、操作手段116がハイブリット車両20の回生制動力を初期設定に対して増方向にのみ調整可能な第二操作手段(シフトレバー1164)である場合、回生制動力制御手段1308は、第一回生制動の実施を禁止または制限した状態で第二操作手段(シフトレバー1164)が初期設定から回生制動力増方向に操作された場合に第二回生制動および燃焼運転を実施させ、その後第二操作手段(シフトレバー1164)が初期設定に復帰操作された場合に第二回生制動および燃焼運転を共に停止させるようにしてもよい。
回生制動力の初期設定とは、本実施の形態では上述ように回生レベルB2であり、シフトレバー1164がDポジションにあるときに対応する。よって、回生制動力制御手段1308は、シフトレバー1164がDポジションからBポジションに操作された段階で第二回生制動および燃焼運転を実施させる。
そして、その後シフトレバー1164がDポジションに操作されると、第二回生制動および燃焼運転を停止させる。
なお、シフトレバー1164を複数回Bポジションに操作することによってシフト段B→BLに設定可能であるが、このような操作が行われた場合でも第二回生制動制御および燃焼運転制が継続されることは無論である。
このように、操作手段116がシフトレバー1164である場合には、回生制動力が初期設定に対して増方向に操作(D→B)されると第二回生制動および燃焼運転を実施させ、初期設定に復帰操作(B→D)されると第二回生制動および燃焼運転を停止させるので、運転者の操作に対して違和感のない設定を実現することができる。
また、回生制動力制御手段1308は、ハイブリット車両20の走行速度が所定速度以上の場合に第二回生制動および燃焼運転を実施させるようにしてもよい。ハイブリット車両20の走行速度は、これを検知する車速検知手段(車速センサ118)から取得することができる。
これは、低速時にエンジン102が駆動すると、騒音および振動が運転者に伝わりやすく走行フィーリングに悪影響を及ぼす可能性があるためである。反対にある程度の走行速度で走行している間は、車両の風切音等が大きくなりエンジン102が駆動しても違和感が少ないと考えられる。よって、第二回生制動および燃焼運転によるエンジン102の駆動を、ハイブリット車両20の走行速度が所定速度以上の場合にのみ行うことによって、ハイブリット車両20の走行フィーリングを向上させることができる。
図5は、回生制御装置10の回生制動処理の手順を示すフローチャートである。
回生制御装置10は、ハイブリット車両20の走行中は図5の処理をくり返し実施する。
回生制御装置10は、ハイブリット車両20の減速時など、走行用モータジェネレータ106で回生発電が可能な状態であることを検知すると(ステップS500:Yes)、充電状態検出回路124等のバッテリ状態検出手段でバッテリ108の状態を検出する(ステップS501)。バッテリ108の状態とは、例えばバッテリ108の充電状態(SOC)である。
回生制動力制御手段1308は、ステップS501で検出されたバッテリ108の状態に基づいて、バッテリ108の充電規制が必要か否かを判断する(ステップS502)。
ステップS501で検出された情報がバッテリ108の充電状態である場合、回生制動力制御手段1308は、充電状態が満充電近傍の所定上限値以上である場合に充電規制が必要と判定し、所定上限値未満である場合には充電規制の必要なしと判定する。
ステップS502で充電規制の必要なしと判定された場合(ステップS502:No)、第一回生制動制御手段1302によって通常の回生制動、すなわち走行用モータジェネレータ106による発電動作でバッテリ108を充電する第一回生制動を実施する(ステップS504)。
このとき、第一回生制動制御手段1302は、操作手段116で設定された強度の回生制動力が発生するよう走行用モータジェネレータ106の発電負荷等を制御する。
一方、ステップS502で充電規制が必要と判定された場合(ステップS502:Yes)、回生制動力制御手段1308は、第一回生制動制御手段1302による第一回生制動を禁止または制限する(ステップS506)。
第一回生制動が禁止された場合、減速時に走行用モータジェネレータ106で発生した電力はバッテリ108には入力されない。また、第一回生制動が制限された場合、減速時に走行用モータジェネレータ106で発生した電力は一部のみがバッテリ108には入力される。
つづいて回生制動力制御手段1308は、操作手段116に対して回生制動力を強める操作がされたか否かを判断する(ステップS508)。回生制動力を強める操作とは、図6上段に示すように現在の回生レベルよりも大きい回生レベルとなるような操作、または図7左側に示すように、所定の回生レベル(B2)より大きい回生レベルとなるような操作を指す。
回生制動力を強める操作がなされていない場合は(ステップS508:No)、回生制動を行わない(ステップS510)。すなわち、走行用モータジェネレータ106による発電動作を行わずに、回生制動力を発生させることなく走行する。
一方、回生制動力を強める操作がなされている場合(ステップS508:Yes)、回生制動力制御手段1308は、第二回生制動制御手段1304および燃焼運転制御手段1306に対して、第二回生制動および燃焼運転を実施させる(ステップS512)。すなわち、走行用モータジェネレータ106による発電動作を行って回生制動力を発生させ、発電で発生した電力で発電用モータジェネレータ104を回転駆動させるとともに、エンジン102で燃料を燃焼させて回転駆動力を発生させる。
回生制動力制御手段1308は、操作手段116に対して回生制動力を弱める操作がなされたか否かを随時判断する(ステップS514)。回生制動力を弱める操作とは、図6下段に示すように現在の回生レベルよりも小さい回生レベルとなるような操作、または図7右側に示すように、所定の回生レベル(B2)以下の回生レベルとなるような操作を指す。
回生制動力を弱める操作がなされない場合は(ステップS514:No)、ステップS512に戻り、第二回生制動および燃焼運転を継続する。
回生制動力を弱める操作がなされた場合は(ステップS514:Yes)、第二回生制動および燃焼運転を停止させる(ステップS516)。
以上説明したように、実施の形態にかかる回生制御装置10は、バッテリ108の充電規制時に走行用モータジェネレータ106で発生した電力を発電用モータジェネレータ104で消費させて、通常時(充電の非規制時)と同様の回生制動力を発生させるとともに、エンジン102のファイアリングによってエンジン排気中の残留燃料を低減させてエンジン下流に設けられたLAFセンサ等のセンサ類の汚損を防止することができる。
また、回生制御装置10において、燃焼運転時の目標トルク、特に可燃限界トルクに設定することによって、最小限の燃料消費でファイアリングを行うことができる。
また、回生制御装置10は、回生制動力の強さを設定する操作手段116への操作状態に応じて、第二回生制動および燃焼運転を実行するか否かを判断する。これにより、充電規制時に運転者の好み、すなわち回生制動力の確保を重視するか、静粛性や燃費向上を重視するかに応じた回生動作を行い、利便性を向上させることができる。
このとき、操作手段116への操作状態が所定の回生レベル以下か否かで第二回生制動および燃焼運転を実行するか否かを判断することによって、第二回生制動および燃焼運転を一旦開始させた場合は、第二回生制動および燃焼運転の実施が停止しにくくなり、エンジンの稼働/停止の頻繁な繰り返しを抑制でき、騒音や回生制動力の変動を防止することができる。
また、回生制御装置10において、第二回生制動および燃焼運転をハイブリット車両20の走行速度が所定速度以上の場合にのみ行うことによって、エンジン駆動による騒音や振動の影響を低減させ、ハイブリット車両20の走行フィーリングを向上させることができる。
10……回生制御装置、20……ハイブリット車両、102……エンジン、104……発電用モータジェネレータ、106……走行用モータジェネレータ、108……バッテリ、110……インバータ、112……クラッチ、114……駆動輪、116……操作手段、1162……パドルスイッチ、1164……シフトレバー、118……車速センサ、120……アクセルペダルセンサ、122……エンジン回転数センサ、122……エンジン回転数センサ、124……充電状態検出回路、126……温度センサ、128……ステアリング、1302……第一回生制動制御手段、1304……第二回生制動制御手段、1306……燃焼運転制御手段、1308……回生制動力制御手段。

Claims (8)

  1. エンジンにより駆動され発電を行うとともに、前記エンジンの駆動用モータとして機能する発電用モータジェネレータと、
    車両の駆動輪の駆動および回生発電を行う走行用モータジェネレータと、
    前記発電用モータジェネレータおよび前記走行用モータジェネレータに接続され、電力の授受を行うバッテリと、
    前記車両の減速時に前記走行用モータジェネレータの前記回生発電で発生した電力で前記バッテリを充電する第一回生制動の実施を制御する第一回生制動制御手段と、
    前記バッテリの状態を検出するバッテリ状態検出手段と、
    前記バッテリ状態検出手段により検出された前記バッテリの状態に基づいて前記バッテリの充電規制の要否を判定し、前記充電規制が必要とされる場合は前記第一回生制動の実施を禁止または制限する回生制動力制御手段と、
    を備えたハイブリッド車両の回生制御装置において、
    前記車両の減速時に前記走行用モータジェネレータの前記回生発電で発生した電力で前記発電用モータジェネレータを回転駆動させて前記エンジンに回転駆動力を伝達する第二回生制動の実施を制御する第二回生制動制御手段と、
    前記エンジンに燃料を供給し、前記燃料を燃焼させて前記エンジンで前記回転駆動力を発生させる燃焼運転の実施を制御する燃焼運転制御手段と
    前記車両の回生制動力の強さを示す回生レベル設定を増減調整する操作手段と、を備え、
    前記回生制動力制御手段は、前記第一回生制動の実施を禁止または制限した場合には、前記第二回生制動および前記燃焼運転を共に同時に実施させ、さらに、前記操作手段の設定に応じて前記第一回生制動の実施を制御することで前記回生制動力を制御する一方で、前記第一回生制動の実施を禁止または制限した状態では、前記操作手段が回生制動力増方向の回生レベルに設定された場合に前記第二回生制動および前記燃焼運転を共に実施させ、前記操作手段が回生制動力減方向の回生レベルに設定された場合に前記第二回生制動および前記燃焼運転を共に停止させる、
    ことを特徴とするハイブリッド車両の回生制御装置。
  2. 前記回生制動力制御手段は、前記第一回生制動の実施を禁止または制限した状態で、前記操作手段が所定の回生レベルよりも前記回生制動力増方向の回生レベルに設定された場合には前記第二回生制動および前記燃焼運転を共に実施させ、その後前記操作手段が前記所定の回生レベルまたは前記所定の回生レベルよりも前記回生制動力減方向の回生レベルに設定された場合に前記第二回生制動および前記燃焼運転を共に停止させる、
    ことを特徴とする請求項記載のハイブリッド車両の回生制御装置。
  3. 前記操作手段は、前記回生制動力増方向および前記回生制動力減方向に複数段の設定を有する第一操作手段であり、
    前記回生制動力制御手段は、前記第一回生制動に対しては前記第一操作手段による設定に応じた複数段の設定を実行する一方で、前記第二回生制動および前記燃焼運転に対しては実施および停止の二段階の設定を行う、
    ことを特徴とする請求項1または2記載のハイブリッド車両の回生制御装置。
  4. 前記操作手段は、前記車両の前記回生制動力を初期設定に対して増方向にのみ調整可能な第二操作手段であり、
    前記回生制動力制御手段は、前記第一回生制動の実施を禁止または制限した状態で前記第二操作手段が前記初期設定から前記回生制動力増方向に操作された場合に前記第二回生制動および前記燃焼運転を実施させ、その後前記第二操作手段が前記初期設定に復帰操作された場合に前記第二回生制動および前記燃焼運転を共に停止させる、
    ことを特徴とする請求項1または2記載のハイブリッド車両の回生制御装置。
  5. 前記燃焼運転制御手段は、前記エンジンを負トルクで前記燃焼運転する、
    ことを特徴とする請求項1から4のいずれか1項記載のハイブリッド車両の回生制御装置。
  6. 前記負トルクは、前記エンジンの可燃限界トルクを含む、
    ことを特徴とする請求項記載のハイブリッド車両の回生制御装置。
  7. 前記バッテリ状態検出手段は、前記バッテリの充電状態を検出する充電状態検出手段であり、
    前記回生制動力制御手段は、前記充電状態検出手段により検出された充電状態が満充電近傍の所定上限値以上である場合に前記バッテリの充電規制が必要と判定する、
    ことを特徴とする請求項1から6のいずれかに1項記載のハイブリッド車両の回生制御装置。
  8. 前記車両の走行速度を検知する車速検知手段をさらに備え、
    前記回生制動力制御手段は、前記走行速度が所定速度以上の場合に前記第二回生制動および前記燃焼運転を実施させる、
    ことを特徴とする請求項1から7のいずれか1項記載のハイブリッド車両の回生制御装置。
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