JP2003097311A - ハイブリッド自動車 - Google Patents

ハイブリッド自動車

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JP2003097311A
JP2003097311A JP2001293152A JP2001293152A JP2003097311A JP 2003097311 A JP2003097311 A JP 2003097311A JP 2001293152 A JP2001293152 A JP 2001293152A JP 2001293152 A JP2001293152 A JP 2001293152A JP 2003097311 A JP2003097311 A JP 2003097311A
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Kenji Takakura
健治 高椋
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  • Control Of Vehicle Engines Or Engines For Specific Uses (AREA)
  • Electric Propulsion And Braking For Vehicles (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 バッテリが電力不足を起こしにくいハイブリ
ッド自動車を提供すること。 【解決手段】 エンジン2により2つの車輪10、10
が常時駆動されるとともに、所定条件下ではバッテリ4
により駆動される走行用モータ6により他の2つの車輪
14、14が駆動されて四輪駆動とされるハイブリッド
自動車1であって、エンジンにクラッチ18を介して連
結された発電機20を作動させてバッテリを充電する充
電手段24であって、バッテリ蓄電量低下時および走行
用モータ作動時にクラッチを締結して前記バッテリを充
電する充電手段と、走行用モータ作動時に発電機の発電
量を増大させる発電量制御手段24とを備えていること
を特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、ハイブリッド自動
車に関するものであり、より詳細には、所定条件下で四
輪駆動モードとなるハイブリッド自動車に関連するもの
である。
【0002】
【従来の技術】エンジンにより2つの車輪を常時駆動す
るとともに、所定条件、例えば低μ路走行時、急加速
時、悪路走行時等に、バッテリ駆動のモータによって他
の2つの車輪を駆動して四輪駆動モードとされる、所謂
スタンバイ型のハイブリッド自動車が提案されている。
このハイブリッド自動車では、バッテリは、減速時の回
生の他、必要に応じて、エンジンの出力軸にクラッチを
介して連結された発電機からも充電される。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】このようなハイブリッ
ド自動車では、エンジンによって駆動されている車輪の
スリップが頻繁に起こる低μ路走行時には、走行用モー
タが頻繁に作動してバッテリからの電力消費が多くな
る。また、低μ路、悪路では、一般に車両速度が低くな
るため、エンジン回転が低くなり、十分な発電が行えな
いこともある。このような理由から、バッテリからの電
力不足して走行用モータを駆動できなくなり、四輪駆動
状態が維持できなくなることもある。この問題は、小型
軽量化等のために容量の小さなバッテリを使用している
構成で特に起こりやすい。
【0004】また、バッテリは、その性能を維持するた
め、所定の上限値(上限の充電率すなわち蓄電量)以上
には充電できないため、エンジンと発電機との間にクラ
ッチを設け、通常は、エンジンと発電機を切り離してお
き、バッテリの蓄電量が低下したときに、このクラッチ
を締結してエンジンの駆動力を発電機に伝えて発電機を
作動させ、バッテリを充電する。しかし、低μ路走行な
ど四輪駆動モードでは、駆動輪がスリップによってエン
ジンの回転数が大きく変動しており、エンジン側と発電
機側との回転同期がとりにくい。このため、クラッチを
締結するタイミングがとりづらく、バッテリの蓄電量が
不足しているにもかかわらず、クラッチを締結して発電
機を作動させて充電することができなくなり、バッテリ
の電気が底をついて、四輪駆動状態を維持できなくなる
という問題がある。このような問題は、回転差が大きい
とショック無しで締結が行えない安価なクラッチ、また
は、容量が小さい小型のバッテリを使用して、上述した
ようなハイブリッド四輪駆動自動車を構成したときに、
特に問題となる。
【0005】本発明は、上記問題点に鑑みてなされたも
のであり、バッテリが電力不足を起こしにくいハイブリ
ッド自動車を提供することを目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明によれば、エンジ
ンにより2つの車輪が常時駆動されるとともに、所定条
件下ではバッテリにより駆動される走行用モータにより
他の2つの車輪が駆動されて四輪駆動とされるハイブリ
ッド自動車であって、前記エンジンにクラッチを介して
連結された発電機を作動させて前記バッテリを充電する
充電手段であって、前記バッテリ蓄電量低下時および前
記走行用モータ作動時には前記クラッチを締結させて前
記バッテリを充電する充電手段と、前記走行用モータ作
動時に前記発電機の発電量を増大させる発電量制御手段
とを備えていることを特徴とするハイブリッド自動車が
提供される。発電量を増大させる方法としては、エンジ
ン回転の増大、発電機の特性変更等がある。
【0007】このような構成によれば、バッテリの電力
が消費され、且つ、発電機からの充電量が低下する可能
性が高い走行用モータ作動時には、発電量制御手段が、
発電量を増大させるので、バッテリが電力不足を起こし
にくい。
【0008】本発明の好ましい態様によれば、前記発電
量制御手段は、路面摩擦係数が所定値より低いときに、
または、悪路走行時に、前記発電量を増大させる。ま
た、本発明の他の好ましい態様によれば、前記発電量制
御手段は、加速時には、前記発電量の増大を中止する。
加速時には、特に急加速時には、エンジンの動力を電気
エネルギに変換して利用するより、エネルギの動力で直
接車輪を駆動した方が効率的だからである。
【0009】本発明のもう一つの態様によれば、前記充
電手段は、前記バッテリの充電率が第1所定値より大き
いときには、前記クラッチの締結を継続するとともに車
載の電気機器を作動させる。
【0010】このような構成よれば、クラッチの締結が
維持されるので、駆動輪のスリップ等によってエンジン
の回転数が変動しても、所望のタイミングでクラッチが
締結できずバッテリの電力が不足することが防止され
る。クラッチの締結が維持されているために生じる過剰
な電力は、エアコン用コンプレッサを駆動するモータ、
デフロスタ、熱線式のウインドデフォッガ等、作動させ
ても乗員に悪影響を与えない車載の電気機器を作動させ
ることによって消費し、バッテリが過剰に充電されるこ
とも防止される。
【0011】本発明の別の態様によれば、充電手段は、
前記バッテリの充電率が所定値より大きなときには、前
記クラッチの締結を継続するとともに、エンジン出力を
抑制して前記発電機による発電量を減少させ且つ前記走
行モータによる駆動力を増大させる。この所定値は、前
記第1所定値より大きな第2所定値であるのが好まし
い。
【0012】このような構成よれば、クラッチの締結が
維持されるので、駆動輪のスリップ等によってエンジン
の回転数が変動しても、所望のタイミングでクラッチが
締結できない等の事態が回避でき、バッテリの電力が不
足することが防止される。また、エンジンの出力が抑制
されるので、発電機の発電量が減少され、クラッチの締
結が維持されていても過剰な電力が生じない。さらに、
エンジンの出力低下は、走行モータの駆動力を増大させ
ることで補われる。
【0013】本発明のさらに別の態様によれば、車輪の
スリップ量が所定値を越えると、該車輪の駆動力を低下
させて該車輪のスリップを抑制するスリップ制御手段、
例えば、トラクションコントロール装置を更に備え、前
記充電手段は、前記バッテリの充電率が所定値より大き
なときには、前記クラッチの締結を解除するとともに、
前記スリップ制御装置の作動開始しきい値を低下させ
る。このバッテリの充電率が所定値は、前記第2所定値
より大きな第3所定値であるのが好ましい。
【0014】このような構成よれば、バッテリの充電量
が極めて多く、即ち、充電率の上限値に近いときには、
クラッチを切って、エンジンによる発電を中止するとと
もに、スリップ制御手段を作動し易くしているので、ス
リップによるエンジンの回転の変動を抑制し、バッテリ
充電率が低下してきたときに、クラッチが容易に締結で
きる。
【0015】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の好
ましい実施形態について詳細に説明する。最初に、図1
に沿って、本発明の実施形態の自動車1を説明する。図
1は、本実施形態の自動車1の概略的な構成を示すブロ
ック図である。この実施形態の自動車は、エンジン2に
よって前輪を常時駆動しており、前輪がスリップしたと
き、後輪をバッテリで作動するモータで駆動する所謂ス
タンバイ四駆である。バッテリは、エンジンによって作
動する発電機で充電される他、車両の減速および車輪の
スリップ時に行われる回生によっても充電される。
【0016】図1に示されているように、自動車1は、
パワーユニットとして、エンジン2と、バッテリ4から
供給される電力によって駆動される走行用モータ6とを
備えている。エンジン2は、AT8等を介して左右の前
輪10、10を常時駆動し、走行用モータ6は、前輪が
スリップする等の所定の条件下において、電磁クラッチ
12等を介して後輪14、14を駆動するように構成さ
れている。エンジン2は、ベルト16、電磁クラッチ1
8を介して、バッテリを充電するための発電機20を駆
動する。走行用モータ6は、例えばIPM同期式モータ
が使用され、バッテリ4は例えばニッケル水素電池が搭
載されている。バッテリ4には、エアコン用コンプレッ
サを駆動するモータ、デフロスタ、熱線式のウインドデ
フォッガ等の車載の電気機器22も接続されている。バ
ッテリ4は、例えば42V 20アンペア/hour程
度のものであり、走行用モータ6は、例えば、10kw
程度のものである。
【0017】自動車1は、ECU24を備えている。E
CU24は、CPU、ROM、RAM、インターフェー
ス回路、インバータ回路等を備えている。ECU24に
は、スロットル開度センサ、車輪速センサ等の種々のセ
ンサからの信号が入力され、点火時期、燃料噴射等のエ
ンジン2の運転制御、走行用モータ6の作動による2輪
駆動と4輪駆動との切換制御、発電機20の作動制御、
バッテリ4への充電およびバッテリ4から給電等に関す
る充電制御、車載電気機器22の作動制御、クラッチの
断続制御等の自動車1に関する種々の制御を統合的に行
う。また、ECU24は、自動車1が低μ路走行、悪路
走行または急加速などの四輪駆動が必要な走行状態であ
るか否かを検出し、必要に応じて四輪駆動走行モードに
切り換える制御も行う。
【0018】また、ECU24は、自動車1に搭載され
たブレーキアシスト装置を制御する。このブレーキアシ
スト装置は、運転者によるブレーキペダル踏み込み速度
が所定値より大きいときに、ブレーキ装置26に作用す
る油圧を所定量だけ増大させる装置である。本実施形態
は、ECU24が回生制動量に応じて、アシスト量を変
更できるように構成されている。
【0019】さらに、自動車1には、ABS装置が搭載
されている。このABS装置は、各車輪10、10、1
4、14に取付けられたブレーキ装置26と、各ブレー
キ装置26への油圧を制御するスリップ制御ECU28
とを備えている。ABS装置によるスリップ制御は、運
転者のブレーキペダル操作時に、スリップ制御ECU2
8が各車輪のスリップ率が所定のしきい値を越えている
か否かに基づいて、各車輪がロックしそうであるか否か
を判定し、ロックしそうであると判定したときには、各
車輪へのブレーキ油圧を断続的に解放して、車輪のロッ
クを防止しながら車輪のスリップが目標スリップ率にな
るようにフィードバック制御を行う。本実施形態の自動
車1では、ECU24が回生制動量に応じて、スリップ
制御ECU28のしきち値を変更できるように構成され
ている。
【0020】また、本実施形態の自動車1は、トラクシ
ョンコントロール装置(TRC)が搭載されている。こ
のトラクションコントロール装置は、ECU24が、駆
動輪(前輪)10、10と従動輪である後輪14、14
の車輪速変化率から路面摩擦係数を推定して、駆動輪が
スリップしそうであるか否か(または、しているか否
か)を判定する。このスリップ検出は他の方法でもよ
い。そして、駆動輪がスリップしそうである(または、
している)と判定されたときには、エンジンの出力トル
クを低下させるとともに各ブレーキ装置26へのブレー
キ油圧を上昇させて、駆動輪のスリップを抑制する。
【0021】さらに、本実施形態では、通常の駆動輪で
ある前輪10、10のスリップが検出されると、走行モ
ータ6によって後輪14、14を駆動させ、4輪駆動モ
ードに移行する。
【0022】次に、自動車1の構成要素であるエンジン
2、発電機20、走行用モータ6、バッテリ4の作動を
走行状態毎に説明する。
【0023】(停車時)停車時には、エンジン2、発電
機20、走行用モータ6は停止している。但し、エンジ
ン2は、冷間時およびバッテリ4の蓄電量低下時には運
転され、発電機20でバッテリ4を充電する。
【0024】(緩発進時)緩発進時には、エンジン2は
運転され、その駆動力で前輪を駆動して発進する。発電
機20は、バッテリ4の蓄電量低下時等に必要に応じて
作動させられる。
【0025】(急発進時)急発進時には、エンジン2は
運転され、さらに、走行用モータ6も作動させられ、こ
れらの駆動力で四輪を駆動して発進する。発電機20
は、バッテリ4の蓄電量低下時等に必要に応じて作動さ
せられる。
【0026】(定常走行時)定常走行時には、エンジン
2が運転され、この駆動力で前輪10、10を駆動して
走行する。発電機20は、バッテリ4の蓄電量低下時等
に必要に応じて作動させられる。即ち、バッテリ4の蓄
電量が所定値以下になると、エンジン2と発電機20と
の間に配置されたクラッチ18が締結されて発電機20
が駆動されてバッテリ4を充電し、バッテリ4の蓄電量
が所定値(必要量)に達すると、クラッチ18の締結が
解除され、発電機20の作動が停止されるという通常の
充電制御が行われる。
【0027】(四輪駆動走行時)低μ路走行時、悪路走
行時、急加速時には、走行用モータ6が駆動させられ後
輪14、14を更に駆動する。また、走行用モータ6が
駆動される機会が多くバッテリの蓄電量が低下し易い低
μ路、悪路を走行しているときには、原則として、クラ
ッチ18を常時締結して発電が行われる、定常走行時と
は異なった充電制御が行われる。
【0028】(減速時)減速時、即ち、ブレーキペダル
操作時、および、駆動輪のスリップ時には、原則とし
て、発電機20、走行用モータ6を発電機として作動さ
せ、自動車1の運動エネルギを電気エネルギに変換(回
生)して、バッテリ4を充電する。この回生の制御も、
ECU24によって行われる。
【0029】次に、図2のフローチャートに沿って、低
μ路、悪路を走行しているとき、ECU24によって行
われる充電制御を説明する。まず、この制御が開始され
ると、ECU24は、四輪駆動走行モードであるか否か
を判定する(ステップS1)。上述したように、本実施
形態の自動車1は、低μ路走行時、悪路走行時、急加速
時に、走行用モータ6で後輪14、14を駆動して、四
輪駆動とされるので、この状態であるか否かが判定され
る。
【0030】ステップS1でYES、即ち、四輪駆動走
行モードであると判定されたときには、ステップS2に
進み、低μ路または悪路走行中であるか否かを判定す
る。この判定は、車輪速センサからの車輪速信号等に基
づいて行われる公知の方法による。ステップS2のYE
S即ち低μ路または悪路を走行中であると判定されたと
きには、ステップS3に進み、バッテリ4の充電率が所
定値dより大きいか否かを判定する。バッテリ4の充電
率とは、バッテリ4が、最大容量の何%まで充電されて
いるか、即ち、どの程度の蓄電量があるかを示す値であ
る。この所定値dは、バッテリ4の充電率の上限値に近
い値であって、例えば、これ以上の充電は不要であり且
つこれ以上の充電が行われるとバッテリ4の性能低下等
の問題が生じる値が選定される。
【0031】ステップS3でYES即ち所定値dより大
きいときには、そのまま、リターンする。一方、ステッ
プS3でNO即ち充電率が所定値d以下のときには、ス
テップS4に進み、エンジン2と発電機20との間に配
置されたクラッチ18を締結させ、ステップS5に進
み、充電量を増加させ且つクラッチ18の締結を維持す
るように制御内容の補正を行う。充電量の増加は、エン
ジン2の回転数を増加させることによって行われるが、
これに加えて、発電機20の特性を変更して発電量を増
加させてもよい。
【0032】次いで、ステップS6に進み、バッテリ4
の充電率が所定値aより大きいか否かを判定する。この
所定値aは、所定値dよりかなり小さく、且つ、バッテ
リ4の充電率の上限値から遠い値であって、例えば、バ
ッテリの充電率がこの値より小さいときには充電が必要
である値が選定される。ステップS6でNO即ちバッテ
リ4の充電量が所定値a以下であるときには、リターン
する。従って、ステップS5で設定した補正内容に基づ
いた充電制御が行われることになる。
【0033】一方、ステップS6でYES即ちバッテリ
4の充電量が所定値aより大きいときには、ステップS
7に進み、充電量を減少させ且つ電気機器22を作動さ
せるように制御内容が補正される。充電量の減少では、
エンジン回転数を減少させることに加えて、発電機20
の特性を変更して発電量を減少させてもよい。電気機器
22としては、エアコン用コンプレッサを駆動するモー
タ、デフロスタ、熱線式のウインドデフォッガ等であ
り、これらを自動的に作動させ、バッテリ4の電力を消
費する。このように充電量を減少させ且つ電力を消費す
ることにより、クラッチ締結を維持しつつ、バッテリ4
が過剰に充電されることを防止する。
【0034】次いで、ステップS8に進み、バッテリ4
の充電率が所定値bより大きいか否かを判定する。この
所定値bは、所定値aより大きく、且つ、所定値dより
小さい値である。ステップS8でNO即ちバッテリ4の
充電量が所定値b以下であるときには、リターンする。
従って、ステップS7で設定した補正内容に基づいた充
電制御が行われることになる。
【0035】一方、ステップS8でYES即ちバッテリ
4の充電量が所定値bより大きいときには、ステップS
9に進み、エンジン2の回転数を抑制(減少)させ且つ
走行用モータ6の出力を増加させるように制御内容が補
正される。したがって、エンジン2の回転数の減少によ
ってバッテリ4の充電量が減少される。エンジンの回転
数減少による出力低減は、走行用モータ6の出力増加で
補われる。このように充電量を減少させ且つ走行用モー
タ6で電力を消費することにより、クラッチ締結を維持
しつつ、バッテリ4が過剰に充電されることを防止す
る。また、エンジン2の出力低下を走行用モータ6の出
力増加で補っているので、走行安定性も維持される。
【0036】次いで、ステップS10に進み、バッテリ
4の充電率が所定値cより大きいか否かを判定する。こ
の所定値cは、所定値bより大きく、且つ、所定値dよ
り小さい値である。ステップS10でNO即ちバッテリ
4の充電量が所定値c以下であるときには、リターンす
る。従って、ステップS9で設定した補正内容に基づい
た充電等に関する制御が行われることになる。
【0037】一方、ステップS10でYES即ちバッテ
リ4の充電量が所定値cより大きいときには、ステップ
S11に進み、クラッチ18の締結を解除し、且つ、ト
ラクションコントロール装置の作動開始しきい値を低下
させるように制御内容が補正され、リターンする。した
がって、エンジン2からのバッテリ4の充電が停止され
る。また、トラクションコントロール装置が作動し易く
なるので、エンジンの回転が安定し、充電が必要となっ
たとき、クラッチ18を締結し易くなる。
【0038】ステップS1およびステップS2でNOの
ときには、ステップS12に進み、前回の処理で、ステ
ップS5、ステップS7、ステップS9又はステップS
11の補正が行われていた場合には、これをキャンセル
してリターンする。従って、加速時には、ステップS
5、ステップS7、ステップS9又はステップS11の
補正がおこなわれず、発電量の増大は中止される。
【0039】以上のような構成を有する本実施形態の自
動車1では、バッテリ4の充電率に関してa<b<c<
dなる関係の4つの所定値が設定され、充電率がa以下
のときにはステップS5で補正された内容の制御が実行
され、充電率がaより大きく且つb以下のときにはステ
ップS7で補正された内容の制御が実行され、充電率が
bより大きく且つc以下のときにはステップS9で補正
された内容の制御が実行され、充電率がcより大きく且
つd以下のときにはステップS11で補正された内容の
制御が実行され、充電率がdより大きいときには、通常
の充電制御が実行される。
【0040】本発明は上述した実施形態に限定されるも
のではなくて、特許請求の範囲に記載された事項の範囲
内で種々の変更、変形が可能である。
【0041】
【発明の効果】本発明によれば、バッテリが電力不足を
起こしにくいにハイブリッド自動車が提供される。
【図面の簡単な説明】
【図1】本実施形態の自動車の概略的な構成を示すブロ
ック図である。
【図2】ECUが行う充電制御のフローチャートであ
る。
【符号の説明】
2:エンジン 4:バッテリ 6:走行用モータ 10:前輪 14:後輪 20:発電機 22:車載電気機器 24:ECU
───────────────────────────────────────────────────── 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 29/06 B60K 9/00 ZHVE (72)発明者 高椋 健治 広島県安芸郡府中町新地3番1号 マツダ 株式会社内 (72)発明者 金石 純司 広島県安芸郡府中町新地3番1号 マツダ 株式会社内 Fターム(参考) 3G093 AA03 AA05 AA07 BA00 CA08 CB00 DA06 DB05 DB15 DB17 DB18 DB19 DB26 EA03 EB09 EC01 FA07 FB01 FB02 5H115 PA08 PC06 PG04 PI16 PO02 PO06 PU25 PU28 SE06 SE08 TI01 TO09 TU17

Claims (9)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 エンジンにより2つの車輪が常時駆動さ
    れるとともに、所定条件下ではバッテリにより駆動され
    る走行用モータにより他の2つの車輪が駆動されて四輪
    駆動とされるハイブリッド自動車であって、 前記エンジンにクラッチを介して連結された発電機を作
    動させて前記バッテリを充電する充電手段であって、前
    記バッテリ蓄電量低下時および前記走行用モータ作動時
    に前記クラッチを締結して前記バッテリを充電する充電
    手段と、 前記走行用モータ作動時に前記発電機の発電量を増大さ
    せる発電量制御手段と、 を備えていることを特徴とするハイブリッド自動車。
  2. 【請求項2】 前記発電量制御手段は、路面摩擦係数が
    所定値より低いときに、前記発電量を増大させる、請求
    項1に記載のハイブリッド自動車。
  3. 【請求項3】 前記発電量制御手段は、悪路走行時に、
    前記発電量を増大させる、請求項1または2に記載のハ
    イブリッド自動車。
  4. 【請求項4】 前記発電量制御手段は、加速時には、前
    記発電量の増大を中止する、請求項1ないし3のいずれ
    か1項に記載のハイブリッド自動車。
  5. 【請求項5】 前記充電手段は、前記バッテリの充電率
    が第1所定値より大きいときには、前記クラッチの締結
    を継続するとともに車載の電気機器を作動させる、請求
    項1ないし4のいずれか1項に記載のハイブリッド自動
    車。
  6. 【請求項6】 前記充電手段は、前記バッテリの充電率
    が所定値より大きいときには、前記クラッチの締結を継
    続するとともに、エンジン出力を抑制して前記発電機に
    よる発電量を減少させ且つ前記走行モータによる駆動力
    を増大させる請求項1ないし5のいずれか1項に記載の
    ハイブリッド自動車。
  7. 【請求項7】 前記所定値が、前記第1所定値より大き
    い第2所定値である請求項6に記載のハイブリッド自動
    車。
  8. 【請求項8】 車輪のスリップ量が所定値を越えると、
    該車輪の駆動力を低下させて該車輪のスリップを抑制す
    るスリップ制御手段を更に備え、 前記充電手段は、前記バッテリの充電率が所定値より大
    きいときには、前記クラッチの締結を解除するととも
    に、前記スリップ制御装置の作動開始しきい値を低下さ
    せる、請求項1ないし7のいずれか1項に記載のハイブ
    リッド自動車。
  9. 【請求項9】 前記バッテリの充電率が所定値が、前記
    第2所定値より大きい第3所定値である、請求項8に記
    載のハイブリッド自動車。
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