JP2003320871A - ハイブリッド車両の回生制御装置及び回生制御方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 燃料カットを伴う車両減速中に、再始動時の
エンジンストールを回避するためにシフトダウンを行い
つつ、モータジェネレータにより車両運動エネルギーを
効率良く回生する。 【解決手段】 エンジンとモータジェネレータ及び有段
式の自動変速機との間に、滑り率を連続的に変更可能な
クラッチを介装する。車両減速中に、クラッチのドリブ
ン側回転数が所定の下限回転数まで低下すると、自動変
速機のシフトダウンを行う（Ｓ１０１，Ｓ１０３）。こ
の車両減速中のエンジン回転数を下限回転数に維持する
ように、クラッチの締結率を変更制御する（Ｓ１０３，
Ｓ１０５）。このクラッチの締結率に応じてモータジェ
ネレータを回生制御する（Ｓ１０８）。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、車両の駆動源とし
てエンジンとモータジェネレータとを併用するハイブリ
ッド車両の回生制御装置及び回生制御方法に関し、特
に、エンジンの燃料カットを伴う車両減速時の回生制御
に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、主として燃費の向上を図るため
に、車両の駆動源としてエンジンとモータジェネレータ
とを併用するハイブリッド車両が注目されている。特開
２０００−２６４０９８号公報には、車両減速時にモー
タジェネレータによる回生運転を行い、車両の制動力を
滑らかに変化させるハイブリッド車両の制動力制御装置
が記載されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】エンジンの燃料カット
を伴う車両減速時の回生エネルギーは、車両の減速エネ
ルギーからエンジンフリクション（エンジン制動トル
ク）や車両走行抵抗等に費やされるエネルギーを差し引
いた残りのエネルギー分に相当する。従って、燃費向上
を図るために回生エネルギーの割合を増加するために
は、エンジンフリクションを小さくすればよい。周知の
ように、エンジンフリクションはエンジン回転数が高く
なるほど大きくなり、エンジン回転数は自動変速機のギ
ヤ比が低くなるほど低くなる。従って、理論的には自動
変速機を高速段に固定し、そのギヤ比を低く維持すれ
ば、エンジン回転数を低く抑えることができる。

【０００４】しかしながら、現実的には、燃料カット状
態でエンジン回転数が過度に低くなると、アクセルペダ
ルの踏み込み等により燃料を再度噴射しても速やかに点
火・燃焼せず、エンジンが自立運転（燃料を燃焼して駆
動力を発生する運転状態）できない所謂エンジンストー
ルを招くおそれがある。これを回避するためには、エン
ジン回転数がエンジンストールを生じることのない最低
限の下限回転数よりも低くなる前にギヤ比を大きくして
いけば良い。しかしながら、有段式の自動変速機では、
シフトダウンによりギヤ比が段階的に変化するため、シ
フトダウンの直後にエンジン回転数が一時的に大きく上
昇し、これに伴ってエンジンフリクションが不可避的に
上昇してしまう。

【０００５】本発明は、このような事情に鑑みてなされ
たものであり、エンジンの燃料カットを伴う車両減速時
に、シフトダウンに伴うエンジン回転数の一時的な上昇
を有効に抑制し、回生エネルギーの増加、ひいては燃費
の向上を図ることを主たる目的としている。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明に係るハイブリッ
ド車両は、エンジン及びモータジェネレータを含む駆動
源と、この駆動源の駆動力を段階的に変速して駆動輪へ
伝達する有段式の自動変速機と、上記エンジンとモータ
ジェネレータ及び自動変速機との動力伝達を断続するク
ラッチと、を有している。このクラッチは締結率を連続
的に変更可能なもので、周知の油圧多板式クラッチなど
を用いることができる。

【０００７】上記エンジンの燃料カットを伴う車両減速
時には、エンジン回転数が所定の下限回転数よりも低く
ならないように、車速の低下に応じて上記自動変速機の
シフトダウンを行う。このシフトダウンによりエンジン
回転数は一時的に上昇しようとするが、このエンジン回
転数を下限回転数の近傍に維持するように、クラッチの
締結率を変更制御する。そして、このクラッチの締結率
の変更に応じて回生トルクを設定し、上記モータジェネ
レータを回生制御する。このときの回生トルクは、典型
的には、クラッチを意図的に滑らせることによるエンジ
ン制動トルクの減少分に相当する。

【０００８】

【発明の効果】本発明によれば、燃料カットを伴う車両
減速時に、車速の低下に応じてシフトダウンを行い、再
加速時のエンジンストールを確実に回避しつつ、クラッ
チの締結率を変更制御することにより、このシフトダウ
ンによるエンジン回転数の上昇を抑制することができ
る。このため、エンジン制動トルクが抑制され、その
分、モータジェネレータの回生トルクを増加することが
できるので、エネルギー効率が向上し、特に燃費の向上
効果を得ることができる。

【０００９】

【発明の実施の形態】以下、本発明を図示実施例に基づ
いて詳細に説明する。図１は、本発明が適用されるハイ
ブリッド車両の概略構成を示している。このハイブリッ
ド車両は、駆動源としてエンジン１とモータジェネレー
タ２，４とを併用している。エンジン１は、ガソリンや
軽油のような燃料を燃焼することにより駆動力を発生
し、クランクシャフト（第１軸）１ａを回転駆動する。
各モータジェネレータ２，４は、電力を蓄わえるバッテ
リ５及び周知のインバータ（図示省略）に接続された交
流モータジェネレータであって、力行運転及び回生運転
の双方を行うことができる。発電用モータジェネレータ
２は、主としてクランクシャフト１ａにより回転駆動さ
れて発電を行う発電機として機能し、かつ、エンジン始
動時にクランクシャフト１ａをクランキングするエンジ
ン始動用モータとしての機能を兼用している。走行用モ
ータジェネレータ４は、主として第２軸７を回転駆動す
る走行用電動機として機能し、単独又はエンジン１と協
動して駆動輪１１を回転駆動する。この走行用モータジ
ェネレータ４は、後述するように車両減速時には回生運
転により発電を行う。

【００１０】駆動源の駆動力は、遊星歯車のような減速
機６，有段式の自動変速機８，ディファレンシャルギヤ
９，及びドライブシャフト（第３軸）１０を経由して、
一対の駆動輪１１へ伝達される。自動変速機８は、駆動
源の駆動力を段階的に変速（減速）して駆動輪１１へ伝
達するもので、例えば複数の遊星歯車機構を備えた前進
５段（又は４段）、後進１段の周知の有段式自動変速機
である。

【００１１】エンジン１及び発電用モータジェネレータ
２と、走行用モータジェネレータ４及び自動変速機８
と、の間には、動力の伝達を断続するクラッチ３が介装
されている。このクラッチ３は、締結率及び滑り率を連
続的・無段階に変更・制御可能な周知の油圧多板式クラ
ッチであって、エンジン１のクランクシャフト１ａと同
期して回転する発電用モータジェネレータ２の回転軸が
ドライブ側に連結されている。クラッチ３のドリブン側
には、クランクシャフト１ａと同軸上に配置される減速
機６の入力軸（第２軸）７が連結されており、この入力
軸の他端に走行用モータジェネレータ４が連結されてい
る。エンジン走行時にはクラッチ３が締結され、アイド
リングストップ中やモータ走行中にはクラッチ３が切ら
れることとなる。

【００１２】制御装置１２は、ＣＰＵ，ＲＯＭ，ＲＡＭ
及び入出力インターフェースを備えた周知のマイクロコ
ンピュータシステムであって、図示せぬ車速センサ，エ
ンジン回転数センサ，アクセル開度センサ等の各種セン
サ類の検出信号に基づいて、エンジン１、モータジェネ
レータ２，４及び自動変速機８へ制御信号を出力し、そ
の動作を制御するとともに、後述する車両減速中には、
クラッチ３へ制御信号を出力して、クラッチ３の締結率
を変更制御する。

【００１３】この制御装置１２は、ＲＯＭ上に予め格納
されているプログラムを実行することにより、それぞれ
の構成部品が得意とする機能，性能を活かして所定の機
能を実現する。例えば、主として燃費の向上及び排気の
浄化を図るために、交差点待ちのような車両の一時停止
時にエンジンの自動停止すなわちアイドリングストップ
を行い、エンジン効率の良くないエンジン低速走行をモ
ータ走行へ切り換え、自動変速機８によるエンジン作動
点の高効率化を行い、更には車両減速時や制動時の車両
運動エネルギーをモータジェネレータ２，４により回生
する。これらの機能の中でも、車両減速時のモータージ
ェネレータによるエネルギー回生は、エンジン１のみを
動力源とする車両ではブレーキ熱として用いられること
のなかったエネルギーを有効に活用するもので、燃費向
上の上で大きな効果を期待できる。

【００１４】図２は、上述した車両減速時の回生制御の
流れを示すフローチャートである。本ルーチンは、上記
の制御装置１２により所定時間毎（例えば１０ｍｓ毎）
に繰り返し実行される。Ｓ１０１では、各種センサ類に
より検出される車速、アクセル開度、ブレーキスイッチ
の状態等に基づいて、エンジン１の燃料噴射の停止すな
わち燃料カットを伴う車両減速中であるか否かを判定す
る。典型的には、車速が所定値以上で、自動変速機８の
変速段が最低段である１速以外の２〜５速であり、か
つ、アクセルペダルが踏み込まれていないときに車両減
速中と判定される。車両減速中ではないと判定されれば
本ルーチンを終了する。

【００１５】燃料カットを伴う車両減速時には、主とし
てエンジン制動トルクによって車速は低下していく。エ
ンジン回転数が過度に低下すると、再加速時にエンジン
１へ燃料を噴射しても速やかに点火・燃焼せずにエンジ
ンストールを生じるおそれがある。そこで、エンジン回
転数が、エンジンストールを生じることのない最小限の
エンジン回転数である予め設定された下限回転数Ne_min
より低下することのないように、車速の低下に応じて自
動変速機８のシフトダウンを行う（シフトダウン手
段）。具体的には、クラッチ３のドリブン側回転数Ne_d
rvnが下限回転数Ne_minまで低下すると、Ｓ１０２から
Ｓ１０３へ進み、シフトダウンを実行する。例えば５速
からの減速時には、車速の低下に伴って、５速，４速，
３速，２速，１速の順にシフトダウンを行う。これによ
り、エンジン回転数を下限回転数Ne_minよりも高い状態
に確実に維持することができる。

【００１６】このシフトダウンによるエンジン回転数Ne
_real，クラッチ３のドリブン側回転数Ne_drvn及びエン
ジンフリクションによる車両抵抗の変化について、図３
を参照して説明する。図３において、横軸は車速、上段
及び中段の縦軸は（エンジン）回転数、下段の縦軸はエ
ンジンフリクションに対応している。エンジンフリクシ
ョン（エンジン制動トルク）Te_fric_realは、自動変速
機８のギヤ比を乗じてドライブシャフト１０のフリクシ
ョンに換算したもので、周知のように、エンジン回転数
が上昇すると大きくなり、エンジン回転数が低下すると
小さくなる特性を有している（図４参照）。なお、この
実施例ではエンジン１及び発電用モータジェネレータ２
がクラッチ３のドライブ側へギヤ等を介することなく直
接的に連結されているため、クラッチ３のドライブ側回
転数は常にエンジン回転数Ne_realと等しい。

【００１７】有段式の自動変速機では、シフトダウンに
よりギヤ比が段階的に大きくなるため、シフトダウンを
実行した直後にギヤ比が一時的に大きく増加する。この
ため、ドリブン側回転数Ne_drvnが一時的に大きく上昇
する。従って、仮にクラッチ３が完全に締結されている
と、このドリブン回転数Ne_drvnと同じようにエンジン
回転数が一時的に上昇して、これに伴ってエンジンフリ
クションも増加してしまう（Te_fric_drvn）。このエン
ジンフリクションの増加分、後述するようにモータジェ
ネレータによる回生エネルギーが減少することになる。

【００１８】そこで本実施例では、燃料カットを伴う車
両減速中には、シフトダウンにかかわらずにエンジン回
転数をほぼ下限回転数Ne_minに維持するように、クラッ
チの締結率を変更・制御して、エンジン回転数の不用意
な上昇を抑制している（締結率変更手段）。図２のルー
チンでは、Ｓ１０５，Ｓ１０７に示すように、目標エン
ジン回転数を下限回転数として、クラッチを半締結制御
している。具体的には、シフトダウンの直後に、エンジ
ン回転数の上昇を相殺するように、一時的にクラッチ３
の締結率を低くして（滑り率を高くして）、クラッチ３
を意図的に滑らせる。従って、クラッチの締結率は、図
３の中段に示すドライブ側回転数Ne_realとドリブン側
回転数Ne_drvnとの回転数差に応じて増減され、回生ト
ルクの増加分は、図３の中段に示すTe_fric_realとTe_f
ric_drvnとの差に相当する。

【００１９】但し、クラッチの滑り率が大きくなり、ド
ライブ側とドリブン側の回転数差が大きくなるほど、再
加速時のレスポンスが低下するとともに、クラッチの滑
りに起因する摩擦熱が大きくなる傾向にある。従って、
再加速時のレスポンスの過度な低下や摩擦熱の過度な上
昇を回避するために、図５に示すように、クラッチのド
ライブ側とドリブン側の回転数差を、予め設定された所
定の上限回転数差ΔNe_max（又は締結率）以下に抑制・
制御する（締結率補正手段）。図２のルーチンでは、回
転数差が上限回転数差ΔNe_maxを超えていれば、Ｓ１０
４からＳ１０６，Ｓ１０７へ進み、目標エンジン回転数
をドリブン側回転数Ne_drvnから上限回転数差ΔNe_max
を引いた値として、クラッチを半締結制御する。

【００２０】Ｓ１０８では、クラッチ締結率の増加によ
るエンジン制動トルクの低下分を補うように、クラッチ
の締結率等に基づいて回生トルクを演算し、走行用モー
タジェネレータ４を回生トルク制御する（回生制御手
段）。

【００２１】この回生トルクの一算出例について説明す
る。本実施例のように、走行用モータジェネレータ４が
エンジン１と同軸上にレイアウトされ、クラッチを完全
に締結した場合に両者１，４の回転数Ne_real，Ne_drvn
が一致するものでは、モータ（コースト）回生トルクTm
_regene_corstは、エンジン回転数がドリブン側回転数N
e_drvnと等しいと仮定した場合のエンジン制動トルクTe
_fric_drvnから、ドリブン側回転数Ne_drvnよりも低い
実際のエンジン回転数Ne_realでのエンジン制動トルクT
e_fric_realを引いた値となる。上記のトルクTe_fric_d
rvn，Te_fric_realは、そのエンジン回転数Ne_drvn，Ne
_realに基づいて、図６に示すようなテーブルを参照す
ることにより求めることができる。

【００２２】図１に示すような構成とは異なり、エンジ
ンとモータジェネレータとの動力伝達経路に減速ギヤ又
は増速ギヤが介装され、クラッチ締結時に両者の回転数
が異なる場合、次式に示すように、モータ回生トルク
は、減速ギヤのギヤ比（回転比）Rgea_m1を除算又は増
速ギヤのギヤ比（回転比）Rgea_m2を乗算した値とな
る。

【００２３】

【数１】 Tm_regene_corst = ( Te_fric_drvn - Te_fric_real ) ／ Rgea_m1 …(1) Tm_regene_corst = ( Te_fric_drvn - Te_fric_real ) × Rgea_m1 …(2) 上記の発電用モータジェネレータ２は、そのロータがエ
ンジン１のクランクシャフト１ａに直結されており、か
つ、エンジン始動用モータとしての機能を有している。
従って、エンジン回転数が上記の下限回転数Ne_minより
も低い場合でも、発電用モータジェネレータ２によりエ
ンジン１のクランクシャフト１ａを回転駆動することに
より、速やかにエンジン回転数を自立可能な下限回転数
へ復帰させることができる。従って、図７に示すよう
に、下限回転数を更に低い値Ne_min2、典型的にはアイ
ドル回転数の近傍に設定することができる。これによ
り、車両減速時のエンジン制動トルクを更に低減して、
モータ回生トルクを更に増加することができる。

【００２４】図８を参照して、モータ回生トルクは、バ
ッテリ５の充電可能量ＳＯＣによって制限される。バッ
テリの充電可能量が少ない制約時（ｂ１）には、バッテ
リの充電可能量が充分にある通常時（ａ）に比して、モ
ータ回生トルクが低く制限されるため、そのままでは車
両減速度が不足してしまう。そこで、図８（ｂ２）及び
図９に示すように、バッテリ充電可能量によりモータ回
生トルクが制約を受ける場合には、その制約分のエンジ
ン制動トルクを増加させるように、クラッチの締結率を
増加側へ補正して、エンジン回転数を高くする（締結率
増加補正手段）。例えば、図２のルーチンでは、Ｓ１０
４における上限回転数差をバッテリ５の充電可能量の関
数として設定すれば良い。

【００２５】以上のように本発明を具体的な実施例に基
づいて説明してきたが、本発明は上述した実施例に限定
されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で、種
々の変形・変更を含むものである。例えば、上記の油圧
多板式クラッチに代えて、締結率及び滑り率を変更可能
な周知のトルクコンバータや遊星歯車を用いても良い。
また、上記のバッテリに代えて、キャパシタやフライホ
イールを用いても良い。

【００２６】上述した実施例では、減速時の回生トルク
を、クラッチを意図的に滑らせることによるエンジン制
動トルクの低下分とほぼ等しくしているが、これに限ら
ず、例えば減速中には所定の回生トルクを定常的に付加
し、この回生トルクに、クラッチを意図的に滑らせるこ
とによるエンジン制動トルクの低下分を上乗せするよう
にしても良い。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明が適用されるハイブリッド車両を簡略的
に示す構成図。

【図２】本発明の一実施例に係る車両減速時の回生制御
の流れを示すフローチャート。

【図３】上記車両減速時のエンジン回転数やエンジン制
動トルクの変化を示す特性図。

【図４】エンジン回転数とエンジンフリクションとの関
係を示す特性図。

【図５】上限回転数差を用いた場合の特性図。

【図６】回生トルク算出用のテーブルを簡略的に示す特
性図。

【図７】下限回転数を更に低い値にした実施例の車両減
速時の特性図。

【図８】バッテリの充電可能量が車両減速度に及ぼす影
響を説明するための説明図。

【図９】バッテリ充電可能量に応じたエンジンフリクシ
ョントルクの設定値を示す特性図。

【符号の説明】

１…エンジン ２…発電用モータジェネレータ ３…クラッチ ４…走行用モータジェネレータ ５…バッテリ ８…自動変速機 １１…駆動輪

───────────────────────────────────────────────────── 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） Ｂ６０Ｋ 6/04 ５５１ Ｂ６０Ｋ 6/04 ５５１ ７３３ ７３３ 41/00 ３０１ 41/00 ３０１Ｂ ３０１Ｃ ３０１Ｄ Ｂ６０Ｌ 7/24 ＺＨＶ Ｂ６０Ｌ 7/24 ＺＨＶＤ Ｆ０２Ｄ 29/02 Ｆ０２Ｄ 29/02 Ｄ ３４１ ３４１ 29/06 29/06 Ｅ Ｆ１６Ｄ 48/02 Ｆ１６Ｄ 25/14 ６４０Ｈ Ｆターム(参考） 3D041 AA21 AB01 AC00 AC01 AC06 AC11 AC15 AD00 AD02 AD10 AD22 AD23 AD41 AD51 AE00 AE20 AE30 AF09 3G093 AA07 BA15 CB07 DA01 DA06 DB05 DB19 EB01 EB03 EB09 EC01 FA12 FB05 3J057 AA03 BB04 GA28 GB02 GB04 GB36 HH01 JJ01 5H115 PA12 PC06 PG04 PI16 PI21 PI29 PO06 PO17 PU25 QE10 QI04 QI07 QI11 QI15 QI18 QN06 QN08 RE02 RE03 RE05 RE11 SE03 SE05 SE08 TE02 TE03 TE05 TI01 TO04 TO22

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 エンジン及びモータジェネレータを含む
   駆動源と、この駆動源の駆動力を段階的に変速して駆動
   輪へ伝達する有段式の自動変速機と、上記エンジンとモ
   ータジェネレータ及び自動変速機との動力伝達を断続す
   るクラッチと、を有し、このクラッチの締結率を連続的
   に変更可能なハイブリッド車両の回生制御装置におい
   て、 上記エンジンの燃料カットを伴う車両減速中に、エンジ
   ン回転数が所定の下限回転数よりも低くならないよう
   に、車速の低下に応じて上記自動変速機のシフトダウン
   を行うシフトダウン手段と、 上記車両減速中のエンジン回転数をほぼ上記下限回転数
   に維持するように、上記クラッチの締結率を変更する締
   結率変更手段と、 このクラッチの締結率の変更に応じて回生トルクを設定
   し、上記モータジェネレータを回生制御する回生制御手
   段と、を有することを特徴とするハイブリッド車の回生
   制御装置。
2. 【請求項２】 更に、上記クラッチのドライブ側回転数
   とドリブン側回転数との回転数差が予め設定された所定
   の上限回転数差を超えないように、上記締結率を補正す
   る締結率補正手段を有する請求項１に記載のハイブリッ
   ド車両の回生制御装置。
3. 【請求項３】 少なくともバッテリの蓄電量に基づい
   て、上記モータジェネレータによる回生トルクを制限す
   る回生トルク制限手段と、 この回生トルク制限手段による回生トルクの制限に応じ
   て、上記クラッチの締結率を増加側へ補正する締結率増
   加補正手段と、を有する請求項１又は２に記載のハイブ
   リッド車の回生制御装置。
4. 【請求項４】 上記モータジェネレータが、主として力
   行運転を行う走行用モータジェネレータであり、 かつ、上記クラッチに対してエンジン側に設けられ、主
   として回生運転を行う発電用モータジェネレータを有
   し、 この発電用モータジェネレータが、エンジン始動用モー
   タを兼用している請求項１〜３のいずれかに記載のハイ
   ブリッド車両の回生制御装置。
5. 【請求項５】 エンジン及びモータジェネレータを含む
   駆動源と、この駆動源の駆動力を段階的に変速して駆動
   輪へ伝達する有段式の自動変速機と、上記エンジンとモ
   ータジェネレータ及び自動変速機との動力伝達を断続す
   るクラッチと、を有し、クラッチの締結率を連続的に変
   更可能なハイブリッド車両の回生制御方法において、 上記エンジンの燃料カットを伴う車両減速中に、エンジ
   ン回転数が所定の下限回転数よりも低くならないよう
   に、車速の低下に応じて上記自動変速機のシフトダウン
   を行い、 上記車両減速中のエンジン回転数をほぼ上記下限回転数
   に維持するように、上記クラッチの締結率を変更し、 このクラッチの締結率の変更に応じて回生トルクを設定
   し、上記モータジェネレータを回生制御することを特徴
   とするハイブリッド車の回生制御方法。