JP2004135471A - 車両の制御装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】減速要求に応じて電動発電機を回生運転することにより制動トルクを付与する回生制動時に、前輪の制動トルクと後輪の制動トルクのバランスを大きく崩すことなく、回生電力を効率よく得る。
【解決手段】前輪の制動トルクと後輪の制動トルクとの理想的な理想前後輪配分率を算出するとともに、この理想前後輪配分率に対する配分許容度を算出する（ａ７）。この配分許容度の範囲で、後輪に接続する第１電動発電機（モータＡ）と前輪に接続する第２電動発電機（モータＢ）の発電効率が高くなるように、理想前後輪配分率を補正し、得られる前後輪配分率に基づいて、各電動発電機へのトルク指令値を算出する（ａ８）。
【選択図】　図３

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、車両の制御装置に関し、特に、車両減速時における電動発電機の回生制御に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、燃費向上及び排気清浄化の目的で、車両走行駆動源としてエンジンと電動機とを併用したハイブリッド車両が注目されている。このようなハイブリッド車両として、例えば特許文献１には、一対の前輪にエンジン及び発電機（電動発電機）を接続し、一対の後輪に電動機（電動発電機）を接続し、発電機により回生した電力を用いて電動機を駆動することにより、四輪駆動を可能とする技術が記載されている。また、この特許文献１には、四輪駆動中に走行状態に応じて前車軸の駆動トルクと後車軸の駆動トルクとのトルク配分を制御する技術が開示されている。
【０００３】
【特許文献１】
特開平１１−２３４８０８号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
このようなハイブリッド車両では、ブレーキペダルの踏み込みに対応した減速要求に応じて車両を減速させるような場合に、電動発電機を回生運転して車輪に制動トルクを付与することにより、車両走行エネルギーを発電電力として回収し、エネルギー効率を向上することができる。
【０００５】
しかしながら、このような車両減速時における後輪の回生トルクと前輪の回生トルクとの配分率に関しては、これまで充分な検討がなされていなかった。
【０００６】
本発明は、車両減速時における後輪の制動トルクと前輪の制動トルクとのバランスを大きく崩すことなく、電動発電機による発電効率を高め、回生電力を効率よく得ることを主たる目的としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る車両の制御装置は、前輪又は後輪の一方の車輪に接続された第１電動発電機と、前輪又は後輪の他方の車輪に接続された第２電動発電機と、第１電動発電機を回生運転することにより一方の車輪に制動トルクを付与しつつ、第２電動発電機を回生運転することにより他方の車輪に制動トルクを付与する回生制動運転を行う回生制動手段と、を有している。この回生制動手段は、前輪の制動トルクと後輪の制動トルクとの理想前後輪配分率を算出する理想前後輪配分率算出手段と、上記理想前後輪配分率に対する配分許容度を算出する配分許容度算出手段と、上記第１電動発電機及び第２電動発電機の少なくとも一方の発電効率が高くなるように、上記理想前後輪配分率を上記配分許容度の範囲内で補正する配分率補正手段と、を有している。
【０００８】
【発明の効果】
本発明によれば、車両減速時に、前輪の制動トルクと後輪の制動トルクとのバランスを大きく崩すことなく、電動発電機の発電効率を向上して、発電電力を効率良く得ることができる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の一実施形態に係る制御装置が適用された車両を示すシステム構成図である。この車両は、車両走行駆動源としてエンジン１と第１電動発電機２及び第２電動発電機３とを併用したハイブリッド車両である。エンジン１及び第１電動発電機２は、同軸上に直結されて一体的に同期回転する。これらエンジン１及び第１電動発電機２は、主駆動輪としての一対の後輪（一方の車輪）３１に接続されており、一対の後輪３１に架け渡された後車軸３２を回転駆動する。また、エンジン１及び第１電動発電機２と後車軸３２との間には、変速機構として周知のトルクコンバータ４及びトランスミッション５が介装されている。第２電動発電機３は、一対の前輪（他方の車輪）３３に接続されており、一対の前輪３３に架け渡された前車軸３４を回転駆動する。つまり、前輪３３はエンジン１と連繋されておらず、第２電動発電機３のみにより駆動され得る。
【００１０】
第１電動発電機２及び第２電動発電機３は、共に三相交流型のモータジェネレータであり、インバータ６を介してバッテリ７と電気的に接続されており、バッテリ７の電力を消費して力行運転を行う電動機として機能するとともに、回生運転により発電を行いバッテリ７へ電力を供給する発電機としても機能する。各車輪３１，３２には、例えばディスクブレーキのような周知の油圧式のブレーキアクチュエータ８がそれぞれ設けられている。このブレーキアクチュエータ８には、周知のＡＢＳ（アンチロックブレーキシステム）のように、ブレーキペダル９ａの踏み力とは独立してブレーキトルクを調整可能な装置を含んでいる。
【００１１】
なお、車両の構成はこれに限定されるものではなく、例えばトルクコンバータ４やトランスミッション５を省略することも可能である。また、エンジン１と第１電動発電機２とをベルトやチェーン等の動力伝達機構を介して接続しても良い。更に、エンジンを前輪３３側に接続する構成であっても良い。
【００１２】
図２は、本実施形態に係る制御装置の概略構成図である。この制御装置は、車両運転状況や運転者（又は他の搭乗者）の要求等を検出・取得するセンサ・スイッチ類として、運転者によるブレーキペダル９ａの踏み力を検出するブレーキセンサ９、油圧式のブレーキアクチュエータ８のマスターシリンダの液圧を検出するマスターシリンダ圧力センサ１０、運転者によるアクセルペダル１１ａの踏み力を検出するアクセルセンサ１１、二輪駆動モードと四輪駆動モードとを選択的に切り換え可能なモード選択スイッチ１２、エンジン１の冷却水温を検出する水温センサ１３、エンジン１（及び第１電動発電機２）の回転数を検出するエンジン回転数センサ１４、前車軸３４の回転数に対応する第２電動発電機３の回転数を検出するモータ回転数センサ１５、及びトランスミッション５の油圧・油温を検出するＴ／Ｍ油圧・油温センサ１９等を備えている。
【００１３】
また、この制御装置は、ＣＰＵ，ＲＯＭ，ＲＡＭ及び入出力インターフェースを備え、様々な制御処理を記憶及び処理するコントローラとして、車両を統合的に制御するハイブリッドコントロールユニット２１、燃料インジェクタ１６による燃料噴射量及び噴射時期の他、点火プラグ１７による点火時期等のエンジン制御を行うエンジンコントロールユニット２２、トランスミッション５を変速制御するトランスミッションコントロールユニット２３、バッテリ７の電圧値，電流値，及び蓄電量（ＳＯＣ）等を検出・演算するバッテリコントロールユニット２４の他、第１電動発電機２及び第２電動発電機３を力行・回生制御するモータコントロールユニット２５を備えている。
【００１４】
ハイブリッドコントロールユニット２１は、上述した様々なセンサ・スイッチ類からの信号を受信し、車両の要求駆動トルクや要求制動トルクの演算、エンジン自動停止の禁止／許可の判定、発電／放電の管理等を行っている。但し、このようなハイブリッドコントロールユニット２１による集中的な制御システムは単なる一例にすぎず、例えばハイブリッドコントロールユニット２１を省略し、他のアクチュエータコントロールユニット２２〜２５がその機能を分担して受け持つシステムとすることもできる。
【００１５】
この制御装置は、ブレーキペダル９ａの踏み込み等に対応する減速要求に応じて、第１電動発電機２を回生運転することにより後輪３１に制動トルクを付与しつつ、第２電動発電機３を回生運転することにより前輪３３に制動トルクを付与する回生制動運転を行うことができる（回生制動手段）。図３は、このような回生制動時の制御内容をブロックａ１〜ａ８として簡略的に示している。なお、この図３では、第１電動発電機２をモータＡ、第２電動発電機３をモータＢと略している。
【００１６】
ａ１：バッテリ充電量／補機消費電力の算出
バッテリコントロールユニット２４により推定されるＳＯＣ（蓄電量）に基づいて、バッテリ７ヘの入力可能電力を算出する。このバッテリ入力可能電力は、一定時間（例えば５ｓｅｃ）にバッテリ７へ入力し続けることが可能な電力値に対応しており、ＳＯＣとの相関が高い。
【００１７】
ライトスイッチやエアコンスイッチのような電気負荷スイッチ（図示省略）のＯＮ／ＯＦＦを検出して、補機（電動パワーステアリング、ポンプ類、ライト等）で消費している総電力を推定する。例えば、予め補機の各アクチュエータで消費する電力を見積もり、電気負荷スイッチの入力（ＯＮ）に応答してその電力を加算していくことにより、補機消費電力を推定することができる。
【００１８】
ａ２：第１電動発電機２の一次回生トルク制限値の算出
第１電動発電機２の一次回生トルク制限値とは、第１電動発電機２の定格による制約、トルクコンバータ４やトランスミッション５による動力伝達系の制約などにより制限される第１電動発電機２の回生トルクの最大値であり、例えば下記のような方法で演算される。
【００１９】
▲１▼図４は第１電動発電機２の最大回生トルクＴａと回転数との関係を示している。第１電動発電機２の回転数はエンジン回転数センサ１４により検出することができる。この図４に示すようなマップやテーブルを参照することにより、第１電動発電機２の回転数に基づいて、そのときに出力できる最大回生トルクＴａを算出することができる。より好ましくは、第１電動発電機２の温度を検出又は推定し、この温度に基づいて最大回生トルクＴａを補正する。例えば、第１電動発電機２が高温状態にある場合、第１電動発電機２の温度の上昇を抑制するために、最大回生トルクＴａを所定値Ｔａ’に制限する。
【００２０】
▲２▼図１に示すように動力伝達系にトルクコンバータ４やトランスミッション５を備えた車両では、これらトルクコンバータ４やトランスミッション５の入力許容トルクについても考慮する必要がある。好ましくは、油温センサ１９により検出されるトランスミッション５の油圧・油温に基づいて、トランスミッション５へ入力可能な許容トルクを修正する。このようにして得られたトルクコンバータ４とトランスミッション５の入力許容トルクに基づいて、第１電動発電機２の最大回生トルクを演算する。
【００２１】
なお、第１電動発電機２を回生運転することにより後輪３１へ制動トルクを付与するためには、トルクコンバータ４のロックアップクラッチが締結している必要がある。言い換えると、トルクコンバータ４のロックアップクラッチが開放している場合、仮に第１電動発電機２を回生運転してもその回生トルクが後輪３１の制動トルクとして有効に利用されないため、減速トルクとしてブレーキアクチュエータ８によるブレーキトルクを付与する必要がある。
【００２２】
最終的に、▲１▼の手法で算出された最大回生トルクと▲２▼の手法で算出された最大回生トルクのうちで小さい方を、第１電動発電機２の一次回生トルク制限値として選択する。
【００２３】
ａ３：第２電動発電機３の一次回生トルク制限値の算出
例えば、▲１▼の演算・制御処理を第２電動発電機３に適用することにより、第２電動発電機３の一次回生トルク制限値を算出することができる。
【００２４】
ａ４：各電動発電機２，３の回生トルク制限値の算出
ａ１で算出したバッテリ７の入力可能電力と推定補機消費電力から電動発電機２，３で回生できる総回生電力を算出する。算出した電力値から、仮に電動発電機のみで発電した場合（ブレーキトルクを付与しない場合）を想定して、電動発電機の二次回生トルク制限値をそれぞれ算出する。算出する際には各電動発電機２，３の効率を考慮する必要がある。最終的に、ａ２，ａ３で算出した一次回生トルク制限値と上記の二次回生トルク制限値の低い方を、それぞれの電動発電機２，３の回生トルク制限値として選択する。
【００２５】
ａ５：モード判定
この車両では、エンジン１及び第１電動発電機２の少なくも一方により後輪３１のみを駆動する二輪駆動（２ＷＤ）モードと、エンジン１及び第１電動発電機２の少なくとも一方により後輪３１を駆動するとともに、第２電動発電機３により前輪３３を駆動する四輪駆動（４ＷＤ）モードと、を選択的に行うことができる。４ＷＤモードと２ＷＤモードの判定は、四輪駆動４ＷＤスイッチやスノーモードスイッチのようなモード選択スイッチ１２の設定状態や、車輪のスリップ状況に基づいて行われる。例えば、モード選択スイッチ１２により４ＷＤモードが選択されている場合には、４ＷＤモードに設定される。また、車輪速度センサ（図示省略）等により検出される車輪速度に基づいて、車輪がスリップしているかを判定し、車輪がスリップしていると判定された場合には、強制的に４ＷＤモードが選択される。
【００２６】
ａ６：ブレーキ判定
ブレーキセンサ９及びマスターシリンダ圧力センサ１０の検出信号に基づいて、減速要求に対応するブレーキペダル９ａの踏み込み量を算出する。
【００２７】
ａ７：要求制動トルクの算出／理想前後輪配分率の算出／配分許容度の算出
上記ａ６で得られるブレーキの踏み込み量に基づいて、車両全体の要求制動トルクを算出する。この要求制動トルクは、４つの車輪の制動トルクの和に相当する。この要求制動トルクと、車速と、スリップ状態等に基づいて、後輪３１の制動トルクと前輪３３の制動トルクとの理想的な理想前後輪配分率を算出する（理想前後輪配分率算出手段）。この理想前後輪配分率は、車両減速度に応じて動的に変化するので、車両減速度を検出・演算し、この車両減速度に基づいて算出しても良い。また、この理想前後輪配分率に対する配分許容度を算出する（配分許容度算出手段）。図５に示すように、この配分許容度は、ａ５で判定される２ＷＤモードと４ＷＤモードとで異なる値（大きさ・範囲）に設定される。好ましくは、配分許容度は、２ＷＤモードの場合には相対的に大きく、安定度に対する要求が高い４ＷＤモードの場合には相対的に小さくなるように設定される。４ＷＤの場合には配分許容度を０としても良い。例えば図５に示すように、▲１▼理想前後輪配分率による前後輪の配分比が５：５の場合、▲２▼４ＷＤモードでは４：６〜６：４に設定され、▲３▼２ＷＤモードでは配分比が２：８〜８：２に設定される。
【００２８】
ａ８：理想前後輪配分率の補正／電動発電機２，３ヘの回生トルク指令値の算出
第１電動発電機２及び第２電動発電機３の少なくとも一方の発電効率が高くなり、これら第１電動発電機２と第２電動発電機３を合わせた総合的な発電効率が最も高くなるように、ａ７で算出された理想前後輪配分率を、同じくａ７で算出された配分許容度及びａ４で算出された各電動発電機２，３の回生トルク制限値の範囲内で補正し、最終的な前後輪配分率を算出する（配分率補正手段）。言い換えると、第１電動発電機２の発電電力と第２電動発電機３の発電電力とを合わせた全発電電力が最も大きくなるように、理想前後輪配分率を補正する。
【００２９】
なお、上記の前後輪配分率は、ブレーキアクチュエータ８によるブレーキトルクを付与しない場合、第１電動発電機２の回生トルクと第２電動発電機３の回生トルクとの配分率と実質的に同じである。この前後輪配分率と要求制動トルクとに基づいて、電動発電機２，３ヘのトルク指令値をそれぞれ算出し、モータコントロールユニット２５へ出力する。これにより、第１電動発電機２が回生運転されて後輪３１に所定の制動トルクが付与されるとともに、第２電動発電機３が回生運転されて前輪３３に所定の制動トルクが付与される。
【００３０】
電動発電機２，３を回生運転することにより発生する発電電力は、車速Ｖ［ｋｍ／ｈ］と、要求制動トルクに対応する要求全制動力Ｆ［Ｎ］と、が決定すると、以下のように演算することができる（但し、この演算式はロックアップクラッチが締結している状況でのみ成立する）。
【００３１】
【数１】
Ｖ÷Ｋ・Ｆ・（Ｄ・ηａ＋（１−Ｄ）・ηｂ）
ここで、Ｄは後輪３１への配分率、Ｋは変換係数で、例えば３．６のような固定値である。また、ηａは第１電動発電機２の効率、ηｂは第２電動発電機３の効率である。ηａとηｂは各電動発電機２，３の回転数とトルクに依存するパラメータであり、車速と要求制動トルクと前後輪配分率が決定すれば一義的に決まる値である。よって、配分率Ｄ（前後輪配分率）を最適化することにより、回生で発生する電力が最大となる。すなわち、車速と要求制動トルクとに基づいて、発電効率が最も高くなるように、理想前後輪配分率を補正することができる。ただし、このとき各電動発電機２，３に配分される制動トルクは、上記ａ４で算出された回生トルク制限値の範囲内でなければならず、また、前後輪配分率は、ａ７で算出した配分許容度の範囲内でなければならない。実際には車速と制動力を軸として最適な配分率Ｄを参照するようなマップを予め用意し、各シーンにおいて配分率Ｄを決定し、最後に各制限を考慮して制動トルクを決定する方法が妥当である。
【００３２】
上述したように理想前後輪配分率を補正して前後輪配分率を算出することにより、例えば図６及び図７に示すように、第１電動発電機２の回生トルクがＴａからＴａ’へ低下し、この第１電動発電機２の発電効率が約６０％から約８０％に高まるとともに、第２電動発電機３の回生トルクがＴｂからＴｂ’へ上昇し、この第２電動発電機３の発電効率が約７０％から９０％以上に高まる。つまり、双方の電動発電機２，３の発電効率を向上することができ、効率良く発電電力を得ることができる。また、前後輪配分率の補正量は配分許容度により制限されているため、前輪３３の制動トルクと後輪３１の制動トルクとのバランスが大きく崩れることもない。
【００３３】
より好ましくは、ブレーキアクチュエータ８のリザーバ油圧を確保するのに必要なポンプ効率を勘案し、油圧式のブレーキアクチュエータ８によりブレーキトルクを付与した方が発電効率が高まる場合には、ブレーキペダル９ａの踏み力とは独立してブレーキトルクの油圧指令値を算出し、この油圧指令値をブレーキアクチュエータ８へ出力するとともに（図３のブロックａ９参照）、この油圧指令値に応じて回生トルク指令値を補正する。例えば図６及び図８に示すように、後輪３１に所定のブレーキトルクΔＴａを付与する場合、このブレーキトルクΔＴａの分、第１電動発電機２の回生トルクをＴａ’からＴａ’’へ減少し、これにより第１電動発電機２の発電効率を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係る制御装置が適用されるハイブリッド車両のシステム構成図。
【図２】本実施形態の制御装置を示す概略構成図。
【図３】上記制御装置による回生制動時の制御内容を簡略的に示すブロック図。
【図４】電動発電機の回転数と最大回生トルクとの関係を示す特性図。
【図５】２ＷＤモードと４ＷＤモードでの配分許容度の差異を示す説明図。
【図６】第１電動発電機（ａ）と第２電動発電機（ｂ）の回転数−トルク特性を示す特性図。
【図７】前後輪配分率の補正の一例を示す説明図。
【図８】前後輪配分率の補正の他の例を示す説明図。
【符号の説明】
１…エンジン
２…第１電動発電機
３…第２電動発電機
８…ブレーキアクチュエータ
３１…後輪（一方の車輪）
３３…前輪（他方の車輪）

Claims (5)

  1. 前輪又は後輪の一方の車輪に接続された第１電動発電機と、
    前輪又は後輪の他方の車輪に接続された第２電動発電機と、
    第１電動発電機を回生運転することにより一方の車輪に制動トルクを付与しつつ、第２電動発電機を回生運転することにより他方の車輪に制動トルクを付与する回生制動運転を行う回生制動手段と、を有する車両の制御装置において、
    上記回生制動手段が、
    前輪の制動トルクと後輪の制動トルクとの理想前後輪配分率を算出する理想前後輪配分率算出手段と、
    上記理想前後輪配分率に対する配分許容度を算出する配分許容度算出手段と、
    上記第１電動発電機及び第２電動発電機の少なくとも一方の発電効率が高くなるように、上記理想前後輪配分率を上記配分許容度の範囲内で補正する配分率補正手段と、を有することを特徴とする車両の制御装置。
  2. 更に、車速を検出する手段と、
    減速要求に基づいて車両の要求制動トルクを算出する手段と、を有し、
    上記配分率補正手段は、上記車速と要求制動トルクとに基づいて、上記理想前後輪配分率を補正することを特徴とする請求項１に記載の車両の制御装置。
  3. 二輪駆動モードと四輪駆動モードとを選択可能な車両であって、
    上記配分許容度算出手段は、二輪駆動モードと四輪駆動モードとで上記配分許容度を異ならせることを特徴とする請求項１又は２に記載の車両の制御装置。
  4. 上記車両は、後輪または前輪を駆動するエンジンを備えたハイブリッド車両であることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の車両の制御装置。
  5. 上記回生制動手段は、上記第１電動発電機又は第２電動発電機の少なくとも一方の発電効率が高くなるように、後輪又は前輪の少なくとも一方にブレーキトルクを付与する手段を有する請求項１〜４のいずれかに記載の車両の制御装置。
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