JP2003009311A - ハイブリッド駆動システムの回生減速技術 - Google Patents

ハイブリッド駆動システムの回生減速技術

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JP2003009311A
JP2003009311A JP2002086462A JP2002086462A JP2003009311A JP 2003009311 A JP2003009311 A JP 2003009311A JP 2002086462 A JP2002086462 A JP 2002086462A JP 2002086462 A JP2002086462 A JP 2002086462A JP 2003009311 A JP2003009311 A JP 2003009311A
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isg
engine
deceleration
vvt
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JP2002086462A
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English (en)
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Shawn H Swales
エイチ スウェイルズ ショウン
Gurinder S Kahlon
エス カーロン グリンドナー
James J Klocinski
ジェイ クロキンスキー ジェイムス
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Visteon Global Technologies Inc
Original Assignee
Visteon Global Technologies Inc
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 予測可能な速度で減速できると同時に、減速
トルクの回生を最適化できる制御システムを提供する。 【解決手段】 自動車の駆動システムの制御システムを
提供する。コントローラは、一体形スタータ／ジェネレ
ータ（ＩＳＧ）から加えられるトルクとエンジンから加
えられる圧縮トルクとの組合せを決定する。ＩＳＧトル
クとエンジン圧縮トルクとを組み合せることにより、所
望減速度トルクを得る。コントローラは、ＩＳＧからの
トルクを圧縮トルクに優先的に加えて、制動エネルギの
回生を最大化する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】燃料効率が高くかつ環境に優
しい自動車に対する市場の要求が高まっているため、自
動車製造業者は、その研究資源の大部分を根本的な新技
術に向けている。この研究の多くは、現在製造されてい
る自動車の大部分に使用されている内燃機関（エンジン
ともいう）に集中されている。
【０００２】
【従来の技術】内燃機関は安価で、信頼性が高く、燃料
補給が容易でかつ所望の性能が得られるが、化石燃料の
消費およびこれらのエンジンの排気ガスを低減させるこ
とが望まれている。これらの関心事に更に対処するた
め、製造業者はまた、その研究を、ブレーキシステムお
よび他の駆動トレーン部品等の自動車の他の領域に集中
している。
【０００３】この重点的研究の結果として、自動車工業
界は、自動車を駆動するための他の多くの駆動システム
を開発している。概していえば、自動車駆動システム用
の或る範囲の種々の概念が開発されている。利用可能な
駆動システムのこの範囲の一端には標準の自動または手
動の変速機（トランスミッション）があり、他端には電
気自動車の概念がある。電気自動車は、化石燃料または
他のエネルギ源から他の場所で発生されかつ車両に蓄え
られた電気エネルギで完全に作動する。一般に、電気自
動車の駆動システムは、トルク発生のための大形電気モ
ータと、蓄電のための大容量バッテリとを使用してい
る。慣用内燃機関の幾人かの評論家は、電気モータが汚
染排気物質を全く排出しないため、電気自動車の概念を
好んでいる。しかしながら、電気自動車は、バッテリの
再充電毎の走行可能距離が短いため、一般に市場には受
け入れられていない。また、通常、再充電には数時間を
要する。
【０００４】電気自動車の欠点に応答して、自動車製造
業者はハイブリッド駆動システムの概念を開発してい
る。一般に、この駆動システムは、化石燃料を動力源と
する内燃機関および電気を動力源とする電気モータの両
方を有している。ハイブリッド駆動システムの目的は、
慣用内燃機関の長所と、電気駆動システムの長所とを組
み合わせることである。かくして、好ましい最適ハイブ
リッド駆動システムは、非常に短い燃料補給時間および
バッテリ再充電時間で済み、かつ高い駆動性能で長距離
走行が可能である。また、ハイブリッド駆動システム
は、燃料効率が高くかつ環境に優しいものでもある。
【０００５】ハイブリッド駆動システムの概念は、一般
に２つのカテゴリで形成される。高蓄電ハイブリッド
（high storage hybrid）と呼ばれている一方のカテゴ
リでは、電気駆動システムが主力システムとして機能
し、内燃機関が、必要時に補助動力を供給する。一般に
これらのシステムは、電気自動車と同様に大形電気モー
タと、大容量バッテリとを有しているが、小形内燃機関
も有している。この内燃機関は、特別な加速が望まれる
ときに付加出力を供給しかつ長距離走行のための発電を
行なうのに使用される。低蓄電ハイブリッド（low stor
age hybrid）と呼ばれている他方のハイブリッドカテゴ
リでは、駆動システムのこの組合せは逆になっている。
内燃機関が主力システムとして機能し、電気駆動システ
ムが補助出力を供給する。この形式のシステムでは、燃
料効率は、慣用自動車に一般的に使用されているものよ
り小形の内燃機関を用いることにより高められる。しか
しながら、電気駆動システムが必要に応じて補助出力を
供給するので、駆動性能は慣用駆動システムと同等に維
持される。電気駆動システムは、回生モードにおいて駆
動トレーンからトルクを分岐させ、バッテリの再充電の
ための電気を発生させるのにも使用される。低蓄電ハイ
ブリッドシステムは、慣用駆動システムに代わるものと
して、より容易に消費者に受け入れられるであろう。受
け入れられる１つの理由は、一般に、消費者が高い駆動
性能を要求していること、および車両挙動が、消費者が
慣用自動車で経験してきた車両挙動と同じまたは同等で
あることにある。
【０００６】一般に、低蓄電ハイブリッド駆動システム
では、電気駆動システムに一体形スタータ／ジェネレー
タ（integrated starter-generator：ＩＳＧ）が使用さ
れている。幾つかの異なる仕様のＩＳＧを入手できる
が、概していえば、ＩＳＧは、内燃機関とホイールとの
間で自動車の駆動トレーンに連結されている。従って、
ＩＳＧは、通常、バッテリに蓄えられた電気から駆動ト
ルクを発生させるモータのように機能できる。或いは、
ＩＳＧは、駆動システムのトルクから発電することがで
きる。かくして、ＩＳＧの少なくとも４つの異なる作動
モードが可能である。第１モードでは、ＩＳＧは、エン
ジンの始動時にエンジンにトルクを供給してクランクシ
ャフトを回転させる。このモードでは、ＩＳＧは慣用ス
タータのように機能し、従って専用スタータを使用する
必要はない。第２モードでは、ＩＳＧは通常作動時にエ
ンジンにより発生される幾分かのトルクを分岐させて発
電を行なう。この電気は、次に、バッテリの再充電およ
び自動車全体に使用されている種々の電気部品への給電
に使用される。このモードでは、ＩＳＧは慣用オルタネ
ータと同様に機能し、従って、専用オルタネータを使用
する必要はない。第３モードでは、ＩＳＧは、高負荷時
にバッテリから電気を取り出して、駆動トレーンにトル
クを供給する。このモードは、加速を向上させることに
より、またはエンジンの高い熱効率が得られる低速かつ
高平均負荷でエンジンが作動できるようにすることによ
り、自動車の駆動性能を高める。第４モードでは、ＩＳ
Ｇは、駆動トレーンにより供給されるトルクから発電す
る。このモードは、ときどき、回生制動または回生減速
と呼ばれている。実際に、このモードは、自動車が、車
両の減速時に慣用駆動システムでは通常損失されるエネ
ルギを回収することを可能にする。
【０００７】一般に、現在利用できる低蓄電ハイブリッ
ド駆動システムの回生減速モードは幾つかの問題に遭遇
する。例えば、ＩＳＧは、自動車を、その異なる減速事
象間で、非調和速度で減速させてしまう。この問題は、
ＩＳＧにより加えられるトルクがバッテリに蓄えられた
電気の量および車両の電気部品により消費される電力量
に基いて変化することにより生じる。バッテリが、蓄電
量が少なくて多量の電気を受け入れることができるとき
は、ＩＳＧは大きいトルクを加えて多量の電気を発生さ
せる。これに対し、バッテリが完全に充電されていると
きは、ＩＳＧは殆どトルクを加えず、仮に何らかのトル
クを加えることがあるとしても、発電のためのトルクを
加えることはない。このトルク変化は好ましくない。な
ぜならば、この車両減速度は運転者が予測できないから
である。
【０００８】他の問題は、一般に、運転者が不慣れな減
速挙動をＩＳＧが引き起こすことである。慣用駆動シス
テムでは、車両の減速は、ホイールが制動されたとき、
または駆動トレーンがエンジンの平衡速度より速く回転
して圧縮制動されたときに行なわれる。一般に、圧縮制
動は、運転者がアクセルペダルを離したとき、または車
両が坂路を惰走により下るときに生じる。これらの状況
では、回転ピストンにより内燃機関のシリンダ内に圧縮
力が発生され、このため、調和した予測可能な自動車の
減速が行なわれる。
【０００９】回生制動を採用しているハイブリッド駆動
システムでも、現在のところ、慣用駆動システムと同様
の減速挙動を生じさせることはできない。運転者が感じ
る減速度トルクは、慣用駆動システムで特有に生じるよ
うに、車両速度、エンジン速度および減速機セッティン
グに基いて予測できるようには変化しない。バッテリの
変化する電気需要から生じる非調和減速挙動と同様に、
ハイブリッドシステムと慣用駆動システムとのこの差異
は、不便で戸惑いをもたらすフィーリングを運転者に与
える。また、ハイブリッド駆動システムの減速挙動は、
主力動力源として使用され続ける内燃機関が、ＩＳＧに
より引き起こされる減速に加えて慣用圧縮制動による減
速も引き起こすという事実によって一層複雑化される。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】従って、本発明によれ
ば、予測可能な速度で減速できると同時に、減速度トル
クの回生を最適化できる制御システムが提供される。
【００１１】
【課題を解決するための手段】本発明の制御システム
は、所望の減速度トルク、一体形スタータ／ジェネレー
タ（ＩＳＧ）のトルク容量および内燃機関の圧縮トルク
能力を含む入力データを受ける。制御システムは、ＩＳ
Ｇのセッティングおよび可変バルブタイミング（variab
le valve timing：ＶＶＴ）システムのセッティングを
変更して所望の減速度トルクを達成する。回生減速モー
ドの効率を高めるため、ＩＳＧにより加えられるトルク
は最大化されかつエンジンの圧縮トルクは最小化され
る。
【００１２】
【発明の実施の形態】以下、本発明の構造および作動方
法を、添付図面を参照して説明する。
【００１３】図面特に図１および図２を参照すると、こ
こには、自動車のハイブリッド駆動システムの本発明に
よる制御システムが示されている。制御システムは、自
動車１０の減速中に自動車の特性を常時モニタリングす
る多数のセンサを使用している。制御装置は、効率が高
くかつ運転者に受け入れられる減速挙動を達成すべく、
一体形スタータ／ジェネレータ（ＩＳＧ）２８および可
変バルブタイミング（ＶＶＴ）２４の調節量を計算す
る。本願明細書では、低蓄電ハイブリッド駆動システム
に関連して制御システムを説明する。しかしながら、本
発明の制御システムの原理は、例えば高蓄電ハイブリッ
ド駆動システムまたは非ハイブリッド電気システム等の
他の駆動システムでも有効である。
【００１４】図１には、低蓄電ハイブリッド駆動システ
ムを備えた自動車１０が示されている。ハイブリッド駆
動システムは、車両１０を駆動する駆動トルクの主力源
として、従来の内燃機関２２を使用している。ＩＳＧ２
８は、エンジン２２の出力を補充しかつトルクを電気に
変換する。
【００１５】従来の自動車の一般的な一例では、４．０
リッターの排気量を有する６気筒エンジンが使用されて
いる。この車両の電気システムは、通常、１４ボルトで
作動するように設定されており、バッテリの定格負荷は
４０〜５０アンペア時である。この車両のエンジンを始
動させるにはスタータが必要であり、電気を供給するの
に、一般に１．０ｋＷのオルタネータが使用されてい
る。これに匹敵する低蓄電ハイブリッド車両１０の一例
は、約３．２〜３．５リッターの排気量を有するより小
形の６気筒エンジン２２を使用している。エンジン２２
が小形であるため高い効率が得られると同時に、ＩＳＧ
２８による出力補助により、慣用車両と同等の駆動性能
が得られる。車両１０の全体に亘って多量の電気が使用
されるため、通常、電気システムの電圧は４２ボルト以
上に高められる。バッテリ３２の容量も約４倍に増大さ
れ、より多くの電気を蓄えることができる。かくして、
バッテリ３２の定格負荷は約４０〜５０アンペア時に維
持されるが、バッテリ３２の供給電圧は、今や１４ボル
トではなく、４２ボルト以上に高められている。ＩＳＧ
２８が、オルタネータと同様に、電気システムに供給す
る電気を発生するので、ハイブリッド車両１０ではオル
タネータが省略されている。また、ＩＳＧ２８は、慣用
スタータと同じ始動機能を遂行できるので、スタータも
ハイブリッド車両１０から省略されている。
【００１６】内燃機関２２は、このシリンダ内で往復運
動する多数のピストンを使用してクランクシャフト２３
を回転駆動する。エンジン２２は、空気と混合されかつ
シリンダ内で点火される化石燃料により駆動される。通
常、化石燃料を貯蔵するための燃料タンク２６が設けら
れており、燃料タンク２６は、燃料をエンジン２２に供
給する燃料ライン２５を備えている。シリンダ内への燃
料および空気の流れは、往復運動して開閉する弁により
制御され、シリンダに燃料を供給し、シリンダから燃焼
ガスを排出し、かつ点火時にはシリンダをシールする。
従って、弁は、サイクルの一部の間にシリンダをシール
することにより、シリンダ内に形成される圧縮量を制御
する。
【００１７】また、エンジン２２にはＶＶＴ２４が設け
られている。当業者には種々のＶＶＴ２４が知られてお
り、本発明には、圧縮を制御できる任意の形式のＶＶＴ
２４が使用できる。バルブの可変タイミングを達成する
のに、機械的システム、油圧システム、電気的システム
およびこれらの種々の組合せを含む多くの技術が使用さ
れている。一実施形態では、電気的に駆動されるＶＶＴ
２４が設けられている。電気的ＶＶＴ２４では、各弁は
別個の電気ソレノイドにより付勢される。この場合、ソ
レノイドは弁のタイミングを制御する制御システムによ
り制御される。
【００１８】当業者ならば理解されようが、ＶＶＴ２４
は、車両１０の作動中にシリンダ内に生じる圧縮を変化
させる。これにより、自動車製造業者は、車両１０の性
能および効率の両方を多くの態様で改善することができ
る。概していえば、内燃機関２２は、高圧縮比のときに
高効率で作動する。従って、自動車１０には例えば１
０：１の圧縮比が使用される。しかしながら、特定車両
１０の最適圧縮比は、エンジン２２の温度、大気圧およ
びエンジン２２に作用する負荷レベル等の幾つかのファ
クタに基いて変化する。圧縮比はまた、駆動トレーンが
エンジン２２の惰走平衡点より高回転数で回転するとき
に、車両に制動効果をもたらす。この状況では、高圧縮
比は、車両１０を減速させる大きなドラグトルクを発生
する。この減速は、一般に、調和感を有しかつ予測可能
なものである。一方、圧縮制動は、車両１０の減速に使
用されるエネルギがエンジン２２内で使用できない熱に
変換されるものであるため、車両１０を減速させる非効
率的方法でもある。
【００１９】当業者ならば、このシステムの利益を達成
するには、点火タイミング、燃料噴射タイミングおよび
スロットル位置等のエンジン作動パラメータに或る変更
を加えることが必要であり、この変更を加えることによ
りシステムの全体的有効性が一層改善されることが理解
されよう。これらの変更を加える事実は、本発明の範囲
を制限するものではない。
【００２０】一実施形態では、エンジン２２のクランク
シャフト２３はＩＳＧ２８に直接連結される。他の実施
形態では、ＩＳＧ２８を車両１０の駆動トレーンのどこ
かに配置しかつベルト、チェーンまたはギヤドライブに
よりＩＳＧ２８を回転させることにより、ＩＳＧ２８が
クランクシャフト２３に間接的に連結される。また、駆
動トルクを電気に変換しかつ電気を駆動トルクに変換で
きる種々の形式のＩＳＧ２８を使用できる。
【００２１】図２には、一形式のＩＳＧ２８が示されて
いる。このＩＳＧ２８は、エンジンのクランクシャフト
２３に直接連結されたロータ２９を有している。このロ
ータ２９は、変速機の入力軸３５にも直接連結されてい
る。従って、ロータ２９は、静止するステータ２７内
で、クランクシャフト２３および変速機軸３５と同じ回
転速度で回転する。
【００２２】ＩＳＧ２８は、４つの異なるモードで作動
する。第１モードでは、ＩＳＧ２８は、シャフト１０の
始動時に、エンジン２２が自力作動するまで、クランク
シャフト２３を回転させる。このモードでは、ＩＳＧ２
８は、蓄えられた電気を、バッテリ３２から接続ケーブ
ル３３を介して取り出す。第２モードでは、ＩＳＧ２８
は、クランクシャフト２３により供給されるエンジント
ルクより小さいトルク負荷をロータ２９に加える。次に
ＩＳＧ２８は、この加えられたトルクを、バッテリ３２
の再充電および車両１０の全体の種々の電気部品への給
電に使用される電気に変換する。第３モードでは、電気
がバッテリ３２から取り出され、ＩＳＧ２８によりロー
タ２９でのトルクに変換される。このモードでは、ＩＳ
Ｇ２８により供給されるトルクがエンジントルクを補助
する。かくして、変速機軸３５が受けるトルクは、エン
ジントルクおよびＩＳＧトルクの両者の合計である。第
４モードでは、ＩＳＧ２８は、変速機軸３５にトルクを
加えて車両１０を減速させる。このモードは、しばしば
回生減速モードと呼ばれる。なぜならば、車両１０の減
速に使用されるエネルギの大部分がＩＳＧ２８により再
回収されるからである。ＩＳＧ２８は、減速度トルクを
電気に変換し、この電気は、次に、バッテリ３２に蓄え
るか、電気システムに使用することができる。他の実施
形態では、これらのモード数を増加または減少させる
か、異なるモードにすることができる。
【００２３】コントローラ３０は、トルクを電気に変換
する時機および電気をトルクに変換する時機を決定す
る。従って、コントローラ３０は、より大きいトルクま
たはより多くの電気を必要とするか否かに基いて、適当
な時機に、種々の各作動モードの間でＩＳＧ２８を切り
換える。
【００２４】コントローラ３０はまた、任意の特定の瞬
間に発生されるトルクまたは電気の大きさを変化させ
る。例えば、トルク補助モードでは、ＩＳＧ２８により
発生されるトルクの大きさ、従ってバッテリ３２から取
り出される電気の量は、ＩＳＧ２８の容量と、出力に対
する運転者の要求とに基いて変化される。他の例とし
て、回生減速モードでは、発生される電気の量、従って
変速機軸３５に加えられるトルク負荷もＩＳＧ２８の容
量に基づいて変化する。
【００２５】バッテリ３２が完全に充電されると、車両
１０の電気システムは、もはやＩＳＧ２８から電気を受
け入れることはない。次にコントローラ３０は、ロータ
２９に加えられるトルク負荷の大きさを低下させる。電
気発生量を増大できる時機または減少させなくてはなら
ない時機を決定するため、コントローラ３０には多くの
信号が入力される。例えば、或る信号は、バッテリ３２
の充電量を表示して、バッテリ３２が過充電されないよ
うにする。他のセンサは、車両の電気システムの電圧を
測定して、ＩＳＧ２８の電圧を所望範囲内に調整する。
また或るセンサは、ＩＳＧ２８の温度をモニタリングし
て、ＩＳＧ２８がオーバーヒートされずかつ損傷を受け
ないようにし、他のセンサはＩＳＧ２８の速度を測定す
る。
【００２６】変速機入力軸３５は変速機３４の内部部品
を回転させ、これにより、入力軸３５の回転速度を、ホ
イール１２により使用される所望の出力速度に変換す
る。変速機３４は、自動変速機、手動変速機、自動化さ
れた手動変速機または連続可変変速機等の既知のまたは
最近開発された任意の変速機で構成できる。変速機３４
の出力トルクは、ドライブシャフト１８およびアクスル
シャフト１６を介してホイール１２に分配され、これに
よりホイール１２を回転させかつ車両１０を推進させ
る。各ホイール１２には、車両１０を減速させるブレー
キ１４も設けられている。
【００２７】図３は、制御システムの作動を示すフロー
チャートである。コントローラ３０には、３つの主な入
力データ源３６、３８、４０が入力される。第１データ
源３６は、所望減速度トルク３６である。所望減速度ト
ルク３６は、マップ、ルックアップテーブルまたはプロ
ファイルである。マップは自動車製造業者により決定さ
れかつコントローラ３０または他の記憶媒体内にプログ
ラムされている。幾つかの実施形態では、運転者は、個
人的な好みに基いて減速度マップを変更できる。減速度
マップの出力は、エンジン速度、車両速度およびスロッ
トルコントローラおよびブレーキコントローラの位置等
の１つ以上の特性に基いて定められる。これらの各特性
をモニタリングするセンサが設けられており、データ
は、連続的、周期的または間欠的にコントローラ３０に
入力される。
【００２８】減速度マップは、運転者が経験する車両１
０の実際の減速を表す。一実施形態では、減速度マップ
は、車両１０の惰走挙動をシミュレートする。この実施
形態では、ホイールブレーキ１４は、自主的システムと
してＩＳＧ２８とは独立して作動する。他の実施形態で
は、ブレーキペダルの操作による車両１０の減速も、Ｉ
ＳＧ２８の機能に組み込まれている。減速度マップは、
種々の減速挙動を作るように設計できる。例えば、多く
の低蓄電ハイブリッド車両１０では、消費者は、慣用車
両の減速挙動を反映した減速度マップを好むかもしれな
い。しかしながら、効率を一層高めるため、回生制動の
大きさを増大させることを望むこともある。或いは、急
激でない減速を用いることもある。
【００２９】第２データ源３８は、ＩＳＧ２８のトルク
容量３８である。前述のように、ＩＳＧ２８が加えるト
ルク３８の大きさは一定でなく、多くのファクタに基い
て変化する。従って、ＩＳＧトルク容量３８は、ＩＳＧ
２８の速度および温度、バッテリ２８の充電状態および
温度、および車両の電気部品の電気負荷を含む多くの特
性に関連している。これらの特性の各データまたは一部
の組のデータが作られ、該データが連続的にコントロー
ラ３０に入力される。次にコントローラ３０は、これら
の信号からのデータを用いて、車両１０を減速させるた
めにＩＳＧ２８が発生できる最大トルク３８を計算す
る。
【００３０】第３データ源４０は、エンジン２２の圧縮
トルク能力４０である。前述のように、エンジン２２の
圧縮比はＶＶＴ２４により変えられる。従って、内燃機
関２２の圧縮トルク能力４０は、エンジン速度およびＶ
ＶＴ２４の作動範囲に関連している。電気式ＶＶＴ２４
は広い作動範囲を有し、圧縮比を、ゼロ圧縮に低下させ
かつエンジン２２で可能な最大圧縮比まで増大できる。
ゼロ圧縮のセッティング時でも、少量のエンジンドラッ
グ゛トルク４６が存在する。機械式ＶＶＴ等の他のＶＶ
Ｔ２４は作動範囲が制限され、一般に５：１〜１０：１
の間の圧縮比範囲が得られる。
【００３１】コントローラ３０は、これらの各データ源
３６、３８、４０を連続的にモニタリングして、加える
べきＩＳＧトルクおよびＶＶＴ２４のセッティングを計
算する。ＩＳＧ２８により加えられる減速度トルクとエ
ンジン２２により加えられる圧縮制動との組合せは、所
望減速度トルク３６に等しい。例えば、ＩＳＧトルク
は、ＩＳＧトルク容量３８および所望減速度トルク３６
のうちの小さい方のトルクから最小エンジンドラッグ゛
トルク４６を引いたトルクに等しくなるようにセッティ
ングされる。次に、内燃機関２２により加えられる圧縮
トルクが、所望減速度トルク３６と加えられたＩＳＧト
ルク３８、４４との差に等しくなるように、ＶＶＴセッ
ティングが決定される。次に、コントローラ３０は、信
号をＩＳＧ２８およびＶＶＴ２４に伝達して、ＩＳＧ２
８により加えられる回生トルクおよび内燃機関４２によ
り加えられる圧縮トルクを変化させる。コントローラ３
０は、ＩＳＧ２８およびＶＶＴ２４が必要に応じて変化
されるように、正しいＩＳＧトルクおよびＶＶＴセッテ
ィングを連続的または周期的に決定する。かくして、運
転者は、ＩＳＧ２８のトルク容量３８の如何に係わら
ず、減速度マップに記憶された所定の減速挙動を経験す
る。
【００３２】図４は、所望減速度トルク３６を達成する
ための、ＩＳＧトルク容量３８と、内燃機関に加えられ
る圧縮トルク４２との組合せを示すグラフである。簡単
化のため、所望減速度トルク３６は固定値として示され
ている。しかしながら、所望減速度トルク３６は、前述
のように、幾つかの特性の状態に基いて変化する。この
チャートには、説明を目的として３つの段階４８、５
０、５２が示されている。段階１（４８）では、ＩＳＧ
トルク容量３８は、所望減速度トルク３６に比べてかな
り小さいことが示されている。この状況は、バッテリ３
２がほぼ安全に充電されているときに生じる。低ＩＳＧ
トルク容量はまた、車両１０の電気部品が最小量の電力
を消費しているときにも生じる。低温時の化学バッテリ
３２の充電能力は低いため、低温であることも低ＩＳＧ
トルク容量３８に寄与する。或る場合には、ＩＳＧトル
ク容量３８は、バッテリ３２が完全に充電されていると
きにはゼロに近付く。チャートから理解されようが、こ
の段階４８では、ＶＶＴ２４はエンジン１０の圧縮比を
比較的高くセッティングして、大きいエンジン圧縮トル
ク４２を付与する。かくして、ＩＳＧトルク容量３８と
エンジン圧縮トルク４２との合計が、所望減速度トルク
３６に等しくなる。
【００３３】段階２（５０）では、ＩＳＧ２８が高いト
ルク容量３８を有している。この状況は、バッテリ３２
の充電量が小さくて、高い充電速度を受け入れることが
できるときおよび車両の電気部品が多量の電力を消費し
ているときに生じる。ＩＳＧトルク容量３８は、或る場
合には所望減速度トルク３６を超えることができる。こ
の結果、エンジン圧縮トルク４６が低下される。かくし
て、ＩＳＧトルク４４とエンジン圧縮トルク４６との合
計は、所望減速度トルク３６に等しく維持される。前述
のように、ＩＳＧトルク容量３８が、所望減速度トルク
３６と最小のエンジンドラッグ゛トルク４６との差４４
を超えると、加えられたＩＳＧトルク４４がこの差４４
まで低下される。この状況では、ＶＶＴ２４はエンジン
１０の圧縮比を可能な最小値にセッティングし、かくし
て減速エネルギの回生を最大化する。最小または最大の
ＩＳＧまたはエンジントルクを使用した他の組合せ機能
を使用することもできる。
【００３４】段階３（５２）では、ＩＳＧトルク容量３
８は、段階２（５０）のように比較的高いが、所望減速
度トルク３６と最小のエンジンドラッグ゛トルク４６と
の差４４よりは低い。この状況は、バッテリ３２および
電気システムが比較的高レベルの充電を受け入れること
ができるが、車両１０の減速に必要な全エネルギを充分
には吸収できない場合を表す。かくして、他の段階４
８、５０におけると同様に、エンジン１０の圧縮比は、
エンジン圧縮トルク４２が所望減速度トルク３６の達成
に要する負荷トルクに寄与するように調節される。
【００３５】調和がありかつ予測可能な減速挙動が得ら
れると同時に、回生減速モードの効率が改善される。従
って、車両１０は、バッテリ３２または電気システムの
状態の如何に係わらず、所定の所望減速度トルク３６で
減速する。次に、コントローラ３０は、ＩＳＧ２８から
のトルク３８、４４を優先的に加えて、車両１０の減速
に使用されるエネルギの回収を最大化する。コントロー
ラ３０はまた、ＶＶＴ２４のセッティングを調節してエ
ンジン１０の圧縮比を変化させ、ＩＳＧ２８からのトル
ク３８、４４と、エンジン１０からの圧縮トルク４２、
４６との合計が所望減速度トルク３６に等しくなるよう
にする。かくして、エンジン１０の圧縮比は減速中に最
小化され、圧縮制動中に生じる未回収エネルギ損失を低
減させる。
【００３６】以上、本発明の好ましい実施形態を説明し
たが、本発明はこれらに限定されるものではなく、本発
明から逸脱することなく種々の変更を行なうことができ
ることを理解すべきである。本発明の範囲は特許請求の
範囲の記載により定められ、字義的にまたは均等的特許
請求の範囲の記載の意味に含まれるあらゆる装置は本発
明の範囲に包含される。
【図面の簡単な説明】
【図１】低蓄電ハイブリッド駆動システムを備えた自動
車の一実施形態を示す概略図である。
【図２】一体形スタータ／ジェネレータの一実施形態を
示す概略断面図である。
【図３】制御システムの作動の一実施形態を示すフロー
チャートである。
【図４】低蓄電ハイブリッド駆動システムの一実施形態
の種々の段階で使用されるトルクを示すチャートであ
る。
【符号の説明】
１０ 自動車 ２２ 内燃機関（エンジン） ２４ 可変バルブタイミングシステム（ＶＶＴ） ２７ ステータ ２８ 一体形スタータ／ジェネレータ（ＩＳＧ） ２９ ロータ ３０ コントローラ ３２ バッテリ
フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｆ０２Ｄ 13/04 Ｆ０２Ｄ 13/04 Ｚ 29/02 29/02 Ｄ ３４１ ３４１ (72)発明者 ショウン エイチ スウェイルズ アメリカ合衆国 ミシガン州 48187 キ ャントン バートレット ドライヴ 45788 (72)発明者 グリンドナー エス カーロン アメリカ合衆国 ミシガン州 48188 キ ャントン ブリッジウォーター コート 1755 (72)発明者 ジェイムス ジェイ クロキンスキー アメリカ合衆国 ミシガン州 48176 サ リーン イーストルック 491 Ｆターム(参考） 3G092 AA01 AA11 AB02 AC02 DA03 EA02 FA03 GA13 GB08 HE01Z HF10Z HF26Z 3G093 AA07 BA02 BA15 CB07 DA01 DA06 EA02 EA15 FA12 FB02 5H115 PA12 PA13 PC06 PG04 PI16 PI22 PO06 PO17 PU01 PU23 PU25 QE10 QI04 QN03 RE03 SE04 SJ13 TB01 TE02 TE03 TE05

Claims (33)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 入力データの源を受け入れるコントロー
    ラを有し、前記入力データは、所望減速度トルクと、一
    体形スタータ／ジェネレータ（ＩＳＧ）のトルク容量
    と、内燃機関（エンジン）の圧縮トルク能力とを含み、
    前記コントローラは、前記入力データの源を用いて、所
    望減速度トルクを得るべく加えられるＩＳＧトルクおよ
    びエンジン圧縮トルクを決定し、該決定はＩＳＧトルク
    を優先的に付与し、前記コントローラは、前記決定に基
    いて信号を前記ＩＳＧおよびエンジンに伝達し、これに
    より、ＩＳＧにより加えられるトルクおよびエンジンに
    より加えられる圧縮トルクを変化させることを特徴とす
    る回生制動用制御システム。
  2. 【請求項２】 前記コントローラは、前記入力データの
    源を連続的に受け入れて、ＩＳＧトルクおよびエンジン
    圧縮トルクを連続的に変化させることを特徴とする請求
    項１記載の回生制動用制御システム。
  3. 【請求項３】 前記所望減速度トルクは予め定められて
    いることを特徴とする請求項１記載の回生制動用制御シ
    ステム。
  4. 【請求項４】 前記所望減速度トルクは記憶媒体内にプ
    ログラムされた減速度マップを有し、該減速度マップ
    は、車両の特性をモニタリングする減速度センサに基い
    て前記所望減速度トルクを発生させることを特徴とする
    請求項１記載の回生制動用制御システム。
  5. 【請求項５】 前記減速度センサは、エンジン速度を測
    定するセンサと、車両速度を測定するセンサと、スロッ
    トル位置を測定するセンサと、ブレーキ位置を測定する
    センサとを含むことを特徴とする請求項４記載の回生制
    動用制御システム。
  6. 【請求項６】 前記ＩＳＧトルク容量は、ＩＳＧ速度、
    ＩＳＧ温度、バッテリの充電状態、バッテリ温度および
    車両の電気部品による電力消費に関連して計算されるこ
    とを特徴とする請求項１記載の回生制動用制御システ
    ム。
  7. 【請求項７】 前記内燃機関の圧縮トルク能力は、エン
    ジン速度および可変バルブタイミングシステム（ＶＶ
    Ｔ）の作動範囲に関連して計算されることを特徴とする
    請求項１記載の回生制動用制御システム。
  8. 【請求項８】 前記内燃機関はピストンエンジンからな
    り、可変バルブタイミングシステム（ＶＶＴ）を更に有
    することを特徴とする請求項１記載の回生制動用制御シ
    ステム。
  9. 【請求項９】 加えられる前記ＩＳＧトルクは、前記Ｉ
    ＳＧトルク容量と、前記所望減速度トルクと最小エンジ
    ン圧縮トルクとの差とのうちの小さい方のトルクであ
    り、加えられる前記エンジン圧縮トルクは、前記所望減
    速度トルクと加えられる前記ＩＳＧトルクとの差に等し
    いことを特徴とする請求項１記載の回生制動用制御シス
    テム。
  10. 【請求項１０】 前記内燃機関はピストンエンジンから
    なり、可変バルブタイミングシステム（ＶＶＴ）を更に
    有し、該ＶＶＴはエンジンの圧縮比を変化させて前記エ
    ンジン圧縮トルクを変化させ、前記所望減速度トルクは
    記憶媒体内燃機関にプログラムされた減速度マップを有
    し、該減速度マップは、車両の特性をモニタリングする
    減速度センサに関連して前記所望減速度トルクを発生さ
    せ、前記ＩＳＧトルク容量は、ＩＳＧ速度、ＩＳＧ温
    度、バッテリの充電状態、バッテリ温度および車両の電
    気部品による電力消費に関連して計算され、前記内燃機
    関の圧縮トルク能力は、エンジン速度およびＶＶＴの作
    動範囲に関連して計算されることを特徴とする請求項９
    記載の回生制動用制御システム。
  11. 【請求項１１】 前記コントローラは、前記入力データ
    の源を連続的に受け入れて、ＩＳＧトルクおよびエンジ
    ン圧縮トルクを連続的に変化させ、前記所望減速度トル
    クは予め定められており、前記減速度センサは、エンジ
    ン速度を測定するセンサと、車両速度を測定するセンサ
    と、スロットル位置を測定するセンサと、ブレーキ位置
    を測定するセンサとを含むことを特徴とする請求項１０
    記載の回生制動用制御システム。
  12. 【請求項１２】 内燃機関（エンジン）と、 該エンジンに連結された可変バルブタイミングシステム
    （ＶＶＴ）と、 バッテリおよび電気システムに電気的に接続された一体
    形スタータ／ジェネレータ（ＩＳＧ）と、 前記ＶＶＴのセッティングおよび前記ＩＳＧのセッティ
    ングの両方を変化させるコントローラとを有することを
    特徴とする、自動車のハイブリッド駆動システム。
  13. 【請求項１３】 前記コントローラは、減速動力が電力
    に変換される回生減速モード中に、ＶＶＴセッティング
    およびＩＳＧセッティングを変化させ、前記コントロー
    ラは、大きいトルクを加えるべくＩＳＧを優先的にセッ
    ティングしかつ小さいエンジン圧縮トルクを加えるべく
    ＶＶＴをセッティングすることを特徴とする請求項１２
    記載のハイブリッド駆動システム。
  14. 【請求項１４】 前記コントローラは、ＩＳＧトルク
    と、所望減速度トルクに実質的に等しいエンジン圧縮ト
    ルクとの組合せを決定することを特徴とする請求項１２
    記載のハイブリッド駆動システム。
  15. 【請求項１５】 前記所望減速度トルクは車両の惰走挙
    動をシミュレートし、前記惰走挙動は自主的ブレーキシ
    ステムにより行なわれる制動減速を含まないことを特徴
    とする請求項１４記載のハイブリッド駆動システム。
  16. 【請求項１６】 前記ＩＳＧトルクは、前記ＩＳＧトル
    ク容量と、前記所望減速度トルクと最小エンジン圧縮ト
    ルクとの差とのうちの小さい方のトルクであり、加えら
    れる前記エンジン圧縮トルクは、前記所望減速度トルク
    と前記ＩＳＧトルクとの差であることを特徴とする請求
    項１４記載のハイブリッド駆動システム。
  17. 【請求項１７】 前記コントローラは、入力データの源
    に応答して前記ＶＶＴセッティングおよびＩＳＧセッテ
    ィングを変化させ、前記入力データは所望減速度トルク
    と、ＩＳＧトルク容量と、エンジンの圧縮トルク能力と
    を含み、前記所望減速度トルクは、少なくともエンジン
    速度をモニタリングするセンサに応答して減速度マップ
    から発生され、前記ＩＳＧトルク容量は、少なくともＩ
    ＳＧ速度、ＩＳＧ温度、バッテリの充電状態、バッテリ
    温度および車両の電気部品による電力消費をモニタリン
    グするセンサに応答し、前記エンジン圧縮トルク能力
    は、エンジン速度およびＶＶＴの作動範囲をモニタリン
    グする少なくとも１つのセンサに応答することを特徴と
    する請求項１２記載のハイブリッド駆動システム。
  18. 【請求項１８】 前記ＶＶＴは、ソレノイド作動形シリ
    ンダ弁を備えた電気ＶＶＴであることを特徴とする請求
    項１２記載のハイブリッド駆動システム。
  19. 【請求項１９】 前記ＶＶＴは、油圧アクチュエータ制
    御形シリンダ弁を備えた電気ＶＶＴであることを特徴と
    する請求項１２記載のハイブリッド駆動システム。
  20. 【請求項２０】 前記ＩＳＧは前記エンジンおよび変速
    機に取り付けられており、前記ＩＳＧは静止ステータお
    よび回転ロータを備え、該ロータはエンジンのクランク
    シャフトおよび変速機の入力軸に連結されていることを
    特徴とする請求項１２記載のハイブリッド駆動システ
    ム。
  21. 【請求項２１】 前記ハイブリッド駆動システムは低蓄
    電ハイブリッド駆動システムであり、これにより、前記
    内燃機関が主力動力源で、前記ＩＳＧが補助動力源であ
    ることを特徴とする請求項１２記載のハイブリッド駆動
    システム。
  22. 【請求項２２】 前記コントローラは、減速度トルクが
    電気に変換される回生減速モード中に、ＶＶＴセッティ
    ングおよびＩＳＧセッティングを変化させ、前記コント
    ローラは、所望減速度トルクに関連してＩＳＧトルクと
    エンジン圧縮トルクとの組合せを決定し、前記所望減速
    度トルクは車両の惰走挙動をシミュレートし、前記ＩＳ
    Ｇトルクは、ＩＳＧトルク容量と、前記所望減速度トル
    クと最小エンジンドラッグ゛トルクとの差とのうちの小
    さい方のトルクであり、前記エンジン圧縮トルクは、前
    記所望減速度トルクとＩＳＧトルクとの差であることを
    特徴とする請求項２０記載のハイブリッド駆動システ
    ム。
  23. 【請求項２３】 前記コントローラは、入力データの源
    に応答して前記ＶＶＴセッティングおよびＩＳＧセッテ
    ィングを変化させ、前記入力データは所望減速度トルク
    と、ＩＳＧトルク容量と、エンジンの圧縮トルク能力と
    を含み、前記所望減速度トルクは、少なくともエンジン
    速度をモニタリングするセンサに応答して減速度マップ
    から発生され、前記ＩＳＧトルク容量は、少なくともＩ
    ＳＧ速度、ＩＳＧ温度、バッテリの充電状態、バッテリ
    温度および車両の電気部品による電力消費をモニタリン
    グするセンサに応答し、前記エンジン圧縮トルク能力
    は、エンジン速度およびＶＶＴの作動範囲をモニタリン
    グする少なくとも１つのセンサに応答し、前記ＶＶＴ
    は、ソレノイド作動形シリンダ弁を備えた電気ＶＶＴで
    あり、前記ＩＳＧは前記エンジンおよび変速機に取り付
    けられており、前記ＩＳＧは静止ステータおよび回転ロ
    ータを備え、該ロータはエンジンのクランクシャフトお
    よび変速機の入力軸に連結されていることを特徴とする
    請求項２１記載のハイブリッド駆動システム。
  24. 【請求項２４】 一体形スタータ／ジェネレータ（ＩＳ
    Ｇ）により加えられるトルクをモニタリングする段階
    と、 前記ＩＳＧにより加えられるトルクに応答して内燃機関
    の圧縮トルクを変化させる段階とを有することを特徴と
    する自動車のハイブリッド駆動システムの制御方法。
  25. 【請求項２５】 前記ＩＳＧにより加えられるトルクと
    エンジン圧縮トルクとを組み合せることにより、所定の
    所望トルクで車両を減速させることを特徴とする請求項
    ２３記載の制御方法。
  26. 【請求項２６】 前記トルクの組合せは、前記ＩＳＧの
    最大トルク容量および前記所望減速度トルクを付与する
    付加エンジン圧縮トルクを含み、前記ＩＳＧトルク容量
    が、前記所望減速度トルクと最小エンジントルクとの差
    を超えた場合には、前記ＩＳＧにより加えられるトルク
    は、前記最大トルク容量から、前記差まで減じられるこ
    とを特徴とする請求項２３記載の制御方法。
  27. 【請求項２７】 前記所望減速度トルクは車両の惰走挙
    動をシミュレートすることを特徴とする請求項２３記載
    の制御方法。
  28. 【請求項２８】 静止ステータおよび回転ロータを備え
    た前記ＩＳＧによりトルクを伝達する段階を更に有し、
    前記ロータは前記エンジンのクランクシャフトおよび前
    記変速機の入力軸に連結されていることを特徴とする請
    求項２３記載の制御方法。
  29. 【請求項２９】 前記エンジン圧縮トルクを変化させる
    段階は、可変バルブタイミングシステム（ＶＶＴ）のセ
    ッティングを変えることからなることを特徴とする請求
    項２３記載の制御方法。
  30. 【請求項３０】 少なくともＩＳＧ速度、ＩＳＧ温度、
    バッテリの充電状態、バッテリ温度および車両の電気部
    品による電力消費に応答して、前記ＩＳＧにより加えら
    れるトルクを変化させる段階を更に有することを特徴と
    する請求項２３記載の制御方法。
  31. 【請求項３１】 前記トルクの組合せは、前記ＩＳＧの
    最大トルク容量および前記所望減速度トルクを付与する
    付加エンジン圧縮トルクを含み、前記ＩＳＧトルク容量
    が、前記所望減速度トルクと最小エンジントルクとの差
    を超えた場合には、前記ＩＳＧにより加えられるトルク
    は、前記最大トルク容量から、前記差まで減じられるこ
    とを特徴とする請求項２９記載の制御方法。
  32. 【請求項３２】 前記所望減速度トルクは車両の惰走挙
    動をシミュレートし、前記ハイブリッド駆動システムは
    低蓄電ハイブリッド駆動システムであり、これにより、
    前記内燃機関が主力動力源で、前記ＩＳＧが補助動力源
    であることを特徴とする請求項３０記載の制御方法。
  33. 【請求項３３】 静止ステータおよび回転ロータを備え
    た前記ＩＳＧによりトルクを伝達する段階を更に有し、
    前記ロータは前記エンジンのクランクシャフトおよび前
    記変速機の入力軸に連結されていることを特徴とする請
    求項３１記載の制御方法。
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