JP6876372B2

JP6876372B2 - ハイブリッド車両

Info

Publication number: JP6876372B2
Application number: JP2016029500A
Authority: JP
Inventors: 晃義大野; 吉徳中村
Original assignee: Suzuki Motor Co Ltd
Current assignee: Suzuki Motor Co Ltd
Priority date: 2016-02-19
Filing date: 2016-02-19
Publication date: 2021-05-26
Anticipated expiration: 2036-02-19
Also published as: JP2017144931A

Description

本発明は、ハイブリッド車両に関する。

ハイブリッド車両は、減速時を利用して回生発電を実行し、加速時等に減少したバッテリの蓄電量を回復させている。この減速時においては、内燃機関を停止、あるいは内燃機関への燃料噴射を停止している。

特許文献１には、車両の減速時に、燃料カットと回生ブレーキによる電力とを実行する場合に、バッテリの充電許容量が少なくなると、回生ブレーキによる電力の回生を禁止する技術が提案されている。

特開２０１１−１２１４２３号公報

ハイブリッド車両が減速状態を終了し再加速しようとした場合において、運転者の加速要求量によっては内燃機関の動力も必要となる場合がある。しかし、前述したように、減速時には、内燃機関が停止、あるいは内燃機関への燃料噴射が停止されているため、運転者の加速要求に素早く応答できないという問題があった。

また、バッテリは、バッテリの温度が低くなると、常温時と比べ、充電を受け入れる能力が低下する特性を有している。

このため、バッテリの温度が低い状態においては、常温時ほどの発電量(回生発電量)を必要としない。

このバッテリ温度が低い環境下で、ハイブリッド車両の減速時において実施されるエンジンを停止させた回生発電制御を実行すると、回生発電量が多いため、すぐにバッテリの充電状態は充電可能値に達してしまうので、発電された回生電力が有効に生かされていなかった。

しかしながら、特許文献１で提案された技術には、運転者の加速要求に対する応答性、バッテリ温度特性について考慮されていなかった。

本発明は、回生発電された電力の受け入れ側であるバッテリ温度特性と回生発電中に運転者から加速要求された場合における応答性の二つの要素を考慮した減速時制御を備えたハイブリッド車両を提供することを目的とする。

上記課題を解決する本発明に係るハイブリッド車両の一態様は、内燃機関と、前記内燃機関から出力された回転を変速してドライブシャフトを介して駆動輪を駆動する変速機と、前記ドライブシャフトに常に連結されるモータジェネレータと、前記モータジェネレータと電力を授受するバッテリと、が設けられ、前記内燃機関及び前記モータジェネレータの少なくとも一方から出力された動力により駆動するハイブリッド車両であって、前記動力を用いて、前記ハイブリッド車両の走行を制御する制御部と、前記バッテリの温度を検出するバッテリの温度検出手段と、前記内燃機関と駆動輪との間の動力伝達経路を接続又は切断するクラッチと、を備え、前記制御部は、前記車両が減速状態で、前記バッテリの温度検出手段により検出されたバッテリ温度が設定値以上である場合には、前記クラッチに前記動力伝達経路を切断させて、回生発電制御を実行する第１モードと、前記車両が減速状態で、前記バッテリの温度検出手段により検出されたバッテリ温度が設定値未満である場合には、前記クラッチに前記動力伝達経路を接続させて、前記内燃機関と駆動輪とを接続し、前記回生発電制御を実行するが前記第１モードより回生発電量が少なく、かつ加速状態に移行する時には前記第１モードより短時間で前記車両の加速走行が実行可能な第２モードとを備える。

本発明は、ハイブリッド車両の減速時制御において、バッテリの温度特性と回生発電中に運転者から加速要求された場合における応答性の二つの要素を考慮に入れた制御内容を備えているので、バッテリ温度が低い場合でも無駄に回生発電することはない。また、バッテリ温度が低い場合には、運転者の加速要求に対する素早く応答する減速時制御を備えている。

図１は、本発明の実施の形態に係るハイブリッド車両の要部を示す構成図である。図２は、本発明の実施の形態に係るハイブリッド車両の機能ブロック図である。図３は、本発明の実施の形態に係るハイブリッド車両の減速制御動作を示すフローチャートである。

以下、本発明の実施の形態に係るハイブリッド車両について図面を参照して説明する。

図１に示すように、ハイブリッド車両１は、内燃機関としてのエンジン２と、トランスミッション３と、モータジェネレータ４と、駆動輪５と、ハイブリッド車両１を総合的に制御するＨＣＵ（Hybrid Control Unit）１０と、エンジン２を制御するＥＣＭ（Engine Control Module）１１と、トランスミッション３を制御するＴＣＭ（Transmission Control Module）１２と、ＩＳＧＣＭ（Integrated Starter Generator Control Module）１３と、ＩＮＶＣＭ（Invertor Control Module）１４と、低電圧ＢＭＳ（Battery Management System）１５と、高電圧ＢＭＳ１６とを含んで構成される。

エンジン２には、複数の気筒が形成されている。本実施の形態において、エンジン２は、各気筒に対して、吸気行程、圧縮行程、膨張行程及び排気行程からなる一連の４行程を行うように構成されている。

エンジン２には、ＩＳＧ（Integrated Starter Generator）２０と、スタータ２１とが連結されている。ＩＳＧ２０は、ベルト２２などを介してエンジン２のクランクシャフト１８に連結されている。ＩＳＧ２０は、電力が供給されることにより回転することでエンジン２を始動させる電動機の機能と、クランクシャフト１８から入力された回転力を電力に変換する発電機の機能とを有する。

本実施の形態では、ＩＳＧ２０は、ＩＳＧＣＭ１３の制御により、電動機として機能することで、エンジン２をアイドリングストップ機能による停止状態から再始動させるようになっている。ＩＳＧ２０は、電動機として機能することで、ハイブリッド車両１の走行をアシストすることもできる。

スタータ２１は、図示しないモータとピニオンギヤとを含んで構成されている。スタータ２１は、モータを回転させることにより、クランクシャフト１８を回転させて、エンジン２に始動時の回転力を与えるようになっている。このように、エンジン２は、スタータ２１によって始動され、アイドリングストップ機能による停止状態からＩＳＧ２０によって再始動される。

トランスミッション３は、エンジン２から出力された回転を変速し、ドライブシャフト２３を介して駆動輪５を駆動するようになっている。トランスミッション３は、平行軸歯車機構からなる常時噛合式の変速機構２５と、ノーマルクローズタイプの乾式クラッチによって構成されるクラッチ２６と、ディファレンシャル機構２７と、図示しないアクチュエータとを備えている。

トランスミッション３は、いわゆるＡＭＴ（Automated Manual Transmission）として構成されており、ＴＣＭ１２により制御されたアクチュエータにより変速機構２５における変速段の切換えとクラッチ２６の接続及び解放が行われるようになっている。ディファレンシャル機構２７は、変速機構２５によって出力された動力をドライブシャフト２３に伝達するようになっている。

モータジェネレータ４は、ディファレンシャル機構２７に対して、チェーン等の動力伝達機構２８を介して連結されている。モータジェネレータ４は、電動機として機能する。

このように、ハイブリッド車両１は、エンジン２とモータジェネレータ４の両方の動力を車両の駆動に用いることが可能なパラレルハイブリッドシステムを構成しており、エンジン２及びモータジェネレータ４の少なくとも一方が出力する動力により走行するようになっている。

モータジェネレータ４は、発電機としても機能し、ハイブリッド車両１の走行によって発電を行うようになっている。なお、モータジェネレータ４は、エンジン２から駆動輪５までの動力伝達経路の何れかの箇所に動力伝達可能に連結されていればよく、必ずしもディファレンシャル機構２７に連結される必要はない。

ハイブリッド車両１は、第１蓄電装置３０と、第２蓄電装置３１を含む低電圧パワーパック３２と、第３蓄電装置３３を含む高電圧パワーパック３４と、高電圧ケーブル３５と、低電圧ケーブル３６とを備えている。

第１蓄電装置３０、第２蓄電装置３１及び第３蓄電装置３３は、充電可能な二次電池から構成されている。第１蓄電装置３０は鉛電池からなる。第２蓄電装置３１は、第１蓄電装置３０よりも高出力かつ高エネルギー密度な蓄電装置である。

第２蓄電装置３１は、第１蓄電装置３０と比較して短い時間で充電が可能である。本実施の形態では、第２蓄電装置３１はリチウムイオン電池からなる。なお、第２蓄電装置３１はニッケル水素蓄電池であってもよい。

第１蓄電装置３０及び第２蓄電装置３１は、約１２Ｖの出力電圧を発生するようにセルの個数等が設定された低電圧バッテリである。第３蓄電装置３３は、例えば、リチウムイオン電池からなる。

第３蓄電装置３３は、第１蓄電装置３０及び第２蓄電装置３１より高電圧を発生するようにセルの個数等が設定された高電圧バッテリであり、例えば、１００Ｖの出力電圧を発生させる。第３蓄電装置３３の残容量などの状態は、高電圧ＢＭＳ１６によって管理される。

ハイブリッド車両１には、電気負荷としての一般負荷３７及び被保護負荷３８が設けられている。一般負荷３７及び被保護負荷３８は、スタータ２１及びＩＳＧ２０以外の電気負荷である。

被保護負荷３８は、常に安定した電力供給が要求される電気負荷である。この被保護負荷３８は、ハイブリッド車両１の横滑りを防止するスタビリティ制御装置３８Ａ、操舵輪の操作力を電気的にアシストする電動パワーステアリング制御装置３８Ｂ、及びヘッドライト３８Ｃを含んでいる。なお、被保護負荷３８は、図示しないインストルメントパネルのランプ類及びメータ類並びにカーナビゲーションシステムも含んでいる。

一般負荷３７は、被保護負荷３８と比較して安定した電力供給が要求されず、一時的に使用される電気負荷である。一般負荷３７には、例えば、図示しないワイパー、及び、エンジン２に冷却風を送風する電動クーリングファンが含まれる。

低電圧パワーパック３２は、第２蓄電装置３１に加えて、スイッチ４０、４１と、低電圧ＢＭＳ１５とを有している。第１蓄電装置３０及び第２蓄電装置３１は、低電圧ケーブル３６を介して、スタータ２１と、ＩＳＧ２０と、電気負荷としての一般負荷３７及び被保護負荷３８とに電力を供給可能に接続されている。被保護負荷３８に対しては、第１蓄電装置３０と第２蓄電装置３１とが並列に電気的に接続されている。

スイッチ４０は、第２蓄電装置３１と被保護負荷３８との間の低電圧ケーブル３６に設けられている。スイッチ４１は、第１蓄電装置３０と被保護負荷３８との間の低電圧ケーブル３６に設けられている。

低電圧ＢＭＳ１５は、スイッチ４０、４１の開閉を制御することで、第２蓄電装置３１の充放電及び被保護負荷３８への電力供給を制御している。低電圧ＢＭＳ１５は、アイドリングストップによりエンジン２が停止しているときは、スイッチ４０を閉じるとともにスイッチ４１を開くことで、高出力かつ高エネルギー密度な第２蓄電装置３１から被保護負荷３８に電力を供給するようになっている。

低電圧ＢＭＳ１５は、エンジン２をスタータ２１によって始動するとき、及び、アイドリングストップ制御によって停止しているエンジン２をＩＳＧ２０によって再始動するときに、スイッチ４０を閉じるとともにスイッチ４１を開くことで、第１蓄電装置３０からスタータ２１又はＩＳＧ２０に電力を供給するようになっている。スイッチ４０を閉じるとともにスイッチ４１を開いた状態では、第１蓄電装置３０から一般負荷３７にも電力が供給される。

このように、第１蓄電装置３０は、エンジン２を始動する始動装置としてのスタータ２１及びＩＳＧ２０に少なくとも電力を供給するようになっている。第２蓄電装置３１は、一般負荷３７及び被保護負荷３８に少なくとも電力を供給するようになっている。

第２蓄電装置３１は、一般負荷３７と被保護負荷３８の両方に電力を供給可能に接続されているが、常に安定した電力供給が要求される被保護負荷３８に優先的に電力を供給するようにスイッチ４０、４１が低電圧ＢＭＳ１５により制御される。

低電圧ＢＭＳ１５は、第１蓄電装置３０及び第２蓄電装置３１の充電状態（充電残量）、並びに、一般負荷３７及び被保護負荷３８への作動要求を考慮しつつ、被保護負荷３８が安定して作動することを優先して、スイッチ４０、４１を上述した例と異なるように制御することがある。

高電圧パワーパック３４は、第３蓄電装置３３に加えて、インバータ４５と、ＩＮＶＣＭ１４と、高電圧ＢＭＳ１６とを有している。高電圧パワーパック３４は、高電圧ケーブル３５を介して、モータジェネレータ４に電力を供給可能に接続されている。

インバータ４５は、ＩＮＶＣＭ１４の制御により、高電圧ケーブル３５にかかる交流電力と、第３蓄電装置３３にかかる直流電力とを相互に変換するようになっている。例えば、ＩＮＶＣＭ１４は、モータジェネレータ４を力行させるときには、第３蓄電装置３３が放電した直流電力をインバータ４５により交流電力に変換させてモータジェネレータ４に供給する。

ＩＮＶＣＭ１４は、モータジェネレータ４を回生させるときには、モータジェネレータ４が発電した交流電力をインバータ４５により直流電力に変換させて第３蓄電装置３３に充電する。

ＨＣＵ１０、ＥＣＭ１１、ＴＣＭ１２、ＩＳＧＣＭ１３、ＩＮＶＣＭ１４、低電圧ＢＭＳ１５及び高電圧ＢＭＳ１６は、それぞれＣＰＵ（Central Processing Unit）と、ＲＡＭ（Random Access Memory）と、ＲＯＭ（Read Only Memory）と、バックアップ用のデータなどを保存するフラッシュメモリと、入力ポートと、出力ポートとを備えたコンピュータユニットによって構成されている。

これらのコンピュータユニットのＲＯＭには、各種定数や各種マップ等とともに、当該コンピュータユニットをＨＣＵ１０、ＥＣＭ１１、ＴＣＭ１２、ＩＳＧＣＭ１３、ＩＮＶＣＭ１４、低電圧ＢＭＳ１５及び高電圧ＢＭＳ１６としてそれぞれ機能させるためのプログラムが格納されている。

すなわち、ＣＰＵがＲＡＭを作業領域としてＲＯＭに格納されたプログラムを実行することにより、これらのコンピュータユニットは、本実施の形態におけるＨＣＵ１０、ＥＣＭ１１、ＴＣＭ１２、ＩＳＧＣＭ１３、ＩＮＶＣＭ１４、低電圧ＢＭＳ１５及び高電圧ＢＭＳ１６としてそれぞれ機能する。

本実施の形態において、ＥＣＭ１１は、アイドリングストップ制御を実行するようになっている。このアイドリングストップ制御において、ＥＣＭ１１は、所定の停止条件の成立時にエンジン２を停止させ、所定の再始動条件の成立時にＩＳＧＣＭ１３を介してＩＳＧ２０を駆動してエンジン２を再始動させるようになっている。このため、エンジン２の不要なアイドリングが行われなくなり、ハイブリッド車両１の燃費を向上させることができる。

ハイブリッド車両１には、ＣＡＮ（Controller Area Network）等の規格に準拠した車内ＬＡＮ（Local Area Network）を形成するためのＣＡＮ通信線４８、４９が設けられている。

ＨＣＵ１０は、ＩＮＶＣＭ１４及び高電圧ＢＭＳ１６にＣＡＮ通信線４８によって接続されている。ＨＣＵ１０、ＩＮＶＣＭ１４及び高電圧ＢＭＳ１６は、ＣＡＮ通信線４８を介して制御信号等の信号の送受信を相互に行う。

ＨＣＵ１０は、ＥＣＭ１１、ＴＣＭ１２、ＩＳＧＣＭ１３及び低電圧ＢＭＳ１５にＣＡＮ通信線４９によって接続されている。ＨＣＵ１０、ＥＣＭ１１、ＴＣＭ１２、ＩＳＧＣＭ１３及び低電圧ＢＭＳ１５は、ＣＡＮ通信線４９を介して制御信号等の信号の送受信を相互に行う。

図２に示すように、ＨＣＵ１０の入力ポートには、アクセルペダル５１の操作量（以下、単に「アクセル開度」という）を検出するアクセル開度センサ５２と、第３蓄電装置３３の温度を検出する温度検出手段としての温度センサ５３とが接続されている。

ＨＣＵ１０は、ハイブリッド車両１の走行時に、アクセル開度センサ５２によって検出されたアクセル開度が実質的に０である場合には、ハイブリッド車両１が減速状態であると判断するようになっている。

ＨＣＵ１０は、モータジェネレータ４のみの動力で、ハイブリッド車両１を駆動状態、あるいは停止状態に維持する機能、さらにエンジン２とモータジェネレータ４の両方の動力で、ハイブリッド車両１を駆動状態にする機能、ハイブリッド車両１の減速状態で、モータジェネレータ４の発電機能を利用して、第３蓄電装置３３を充電させる機能を制御する制御部６０を備えている。

本実施例は、上述の機能のうち、車両減速状態で実行される機能を利用している。以下で詳細に説明する。

ハイブリッド車両１の減速状態において実行されるモータジェネレータ４の回生発電制御は、発電量が異なる二つのモードにより構成される。

第１モードは、モータジェネレータ４の発電により充電される第３蓄電装置３３の温度(温度センサ５３による検出値)が設定値ＴＨ以上である場合に実行される。

第２モードは、モータジェネレータ４の発電により充電される第３蓄電装置３３の温度(温度センサ５３による検出値)が設定値ＴＨ未満である場合に実行される。

それぞれのモードについて、順に説明する。

(第１モード)
ＨＣＵ１０は、駆動輪５から伝達される動力を用いてモータジェネレータ４を発電させ、発電電力で第３蓄電装置３３を充電できるように、ＩＮＶＣＭ１４を制御する。発電量に特に制限は設けていないため、速やかに第３の蓄電装置３３の充電状態が改善する。

ＨＣＵ１０は、クラッチ２６を解放状態にするために、ＴＣＭ１２を制御する。
なお、この第１モードは、エンジン２を自動停止するアイドルストップ状態、あるいはアイドリングを維持する状態のどちらにおいても適用できる。

また、この第１モードの制御を実行中に、加速要求によりエンジン２を用いた加速を実行する必要がある場合においては、ＨＣＵ１０は、ＥＣＭ１１とＴＣＭ１２と連携して以下の制御を実行する。第１モード中にエンジン２がアイドルストップ状態であった場合には、まずエンジン２を始動し、次にエンジン始動後クラッチ２６を接続状態にしてエンジン２の動力を駆動輪５に出力する。第１モード中にエンジン２がアイドリングを維持する状態であった場合には、クラッチを解放状態から接続状態にしてエンジン２の動力を駆動輪５に出力する。

(第２モード)
第１モードとはクラッチ２６の状態が異なり、クラッチ２６を接続し、エンジン２と駆動輪５とが接続される。ただしエンジン２への燃料供給は停止されている。いわゆる、減速時燃料カット状態である。

このため、この第２モードにおいて、運転者が加速を要求した場合には、エンジン２へ燃料を供給するだけで、加速走行が実行できる。すなわち、エンジンを始動する必要、あるいは変速操作の必要な第１モードから加速走行に移行するよりも、短時間で移行が可能である。

ここで、加速準備とは、エンジン２への燃料供給の再開から実際に車両が加速するまでを意味する。言い換えれば、運転者が加速を要求した場合には、エンジンを始動する必要がある、あるいは変速操作の必要がある第１モードから加速準備を完了させるよりも、第２モードの方が短時間で加速準備が完了し、加速走行が可能になるとも言える。

ところで、この第２モードにおいては、車両の減速時に発生する動力は、エンジン２の減速時燃料カットを維持するためと、第３の蓄電装置３３の充電状態を改善するために分配されて使用される。

このため、この短時間で加速走行へ移行可能な第２モードにおいても、第１モードよりも発電量は少ないが第３の蓄電装置３３の充電状態を改善することが可能である。

よって、第１モードより発電量の少ない第２モードは、温度センサ５３による検出値が設定値未満であり、充電受入れ性が常温時よりも相対的によくない状態にある第３の蓄電装置３３に充電するには適している。

また、この第２モードの制御を実行中に、加速要求によりエンジン２を用いた加速を実行する必要がある場合においては、ＨＣＵ１０は、ＥＣＭ１１とＴＣＭ１２と連携して以下の制御を実行する。この第２モードにおいては、すでにエンジン２は稼働中であり、かつクラッチ２６も接続状態にあるため、運転者の加速要求(例、アクセルペタル踏込)に即座に反応して、エンジン２の動力を駆動輪５に出力することができる。

以上のように構成された本発明の実施の形態に係るハイブリッド車両の減速制御動作について説明する。以下に説明する減速制御動作は、ハイブリッド車両１が減速状態である間、繰り返し実行される。

まず、ステップＳ１において、温度センサ５３の検出値Ｔ（図中、単に「バッテリ温度」と記す）が設定値ＴＨ以上であるか否かを判断する。温度センサ５３の検出値Ｔが設定値ＴＨ以上であると判断した場合には、ＨＣＵ１０は、減速制御動作をステップＳ２に進める。温度センサ５３の検出値Ｔが設定値ＴＨ以上でないと判断した場合には、ＨＣＵ１０は、減速制御動作をステップＳ３に進める。

ステップＳ２において、ＨＣＵ１０は、第１モードとなる。具体的には、ＨＣＵ１０は、第１モードであれば第１モードを維持し、第２モードであれば第１モードとなる。

ステップＳ２の第１モードを実行した後、ＨＣＵ１０は、減速制御動作を終了する。ステップＳ３の第２モードを実行した後、ＨＣＵ１０は、減速制御動作を終了する。

運転者がハイブリッド車両１を走行させる場合において、第３蓄電装置３３の充電状態が良好であると、ＥＶ走行、あるいは加速時のモータアシストが実行される。そして、これらの機能の実行により低下した第３蓄電装置３３の充電状態を回復させる制御を減速時に実施している。

第３の蓄電装置３３の温度が設定値以上である場合には、ハイブリッド車両１が減速を開始するとともに、回生発電量の多い第１モードを選択する。この第１モードは回生発電量が多いが、第３の蓄電装置３３の温度が常温であり、充電受入れ性における制約もないため、発電された電力は、第３の蓄電装置３３に蓄電可能である。

第３蓄電装置３３の温度が設定値未満である場合には、ハイブリッド車両１が減速を開始するとともに、回生発電量の少ない第２モードを選択する。この第２モードは、低温で充電受入れ性が相対的に低い第３の蓄電装置３３の状態に適している。また、この第２モードは、減速から加速走行に状況が変化した場合にスムーズな加速走行の実現が可能であるため、運転者の加速要求に対する応答性も高い。

以上、本発明の実施の形態について開示したが、本発明の範囲を逸脱することなく本実施の形態に変更を加えられ得ることは明白である。本発明の実施の形態は、このような変更が加えられた等価物が特許請求の範囲に記載された発明に含まれることを前提として開示されている。

１ハイブリッド車両
２エンジン（内燃機関）
４モータジェネレータ
５駆動輪
２６クラッチ
３３第３蓄電装置（バッテリ）
５３温度センサ（温度検出手段）
６０制御部

Claims

内燃機関と、
前記内燃機関から出力された回転を変速してドライブシャフトを介して駆動輪を駆動する変速機と、
前記ドライブシャフトに常に連結されるモータジェネレータと、
前記モータジェネレータと電力を授受するバッテリと、が設けられ、
前記内燃機関及び前記モータジェネレータの少なくとも一方から出力された動力により駆動するハイブリッド車両であって、
前記動力を用いて、前記ハイブリッド車両の走行を制御する制御部と、
前記バッテリの温度を検出するバッテリの温度検出手段と、
前記内燃機関と駆動輪との間の動力伝達経路を接続又は切断するクラッチと、を備え、
前記制御部は、
前記車両が減速状態で、前記バッテリの温度検出手段により検出されたバッテリ温度が設定値以上である場合には、前記クラッチに前記動力伝達経路を切断させて、回生発電制御を実行する第１モードと、
前記車両が減速状態で、前記バッテリの温度検出手段により検出されたバッテリ温度が設定値未満である場合には、前記クラッチに前記動力伝達経路を接続させて、前記内燃機関と駆動輪とを接続し、前記回生発電制御を実行するが前記第１モードより回生発電量が少なく、かつ加速状態に移行する時には前記第１モードより短時間で前記車両の加速走行が実行可能な第２モードとを備えていることを特徴とするハイブリッド車両。