JP2005238922A - ハイブリッド車両の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 バッテリの過充電を防止することが可能なハイブリッド車両の制御装置を提供する。
【解決手段】 ハイブリッド車両は、エンジンのクランク軸に入力クラッチを介して連結される変速機入力軸と、変速要素を介して前記変速機入力軸に連結される前輪出力軸と、駆動モータが装着され前記前輪出力軸に連結されるモータ駆動軸と、当該モータ駆動軸にカップリングを介して連結される後輪出力軸とを有している。減速時のバッテリの電圧が設定値以上である場合には、アクセル操作が検出されるまで入力クラッチおよびカップリングを締結する。
【選択図】 図３

Description

本発明はバッテリの過充電を防止するためのハイブリッド車両の制御装置に関する。

車両の動力源としてエンジンと駆動モータとを併用するハイブリッド車両の駆動方式には、シリーズ式とパラレル式とシリーズ・パラレル式とがある。シリーズ式は発電機により発電される電力をバッテリに充電し、当該バッテリの電力により駆動される駆動モータにより車両を駆動させる駆動方式であり、エンジンは発電機を駆動するために使用される。パラレル式はエンジンを駆動源の主体とし、エンジンに負荷がかかる発進時や加速時には駆動モータを動力源として作動させて駆動力を補助し、軽負荷時には発電機として作動させてバッテリの充電を行なわせる駆動方式である。シリーズ・パラレル式は、エンジンに加えて、発電機と駆動モータとを独立に有する車両の駆動方式である。シリーズ・パラレル式は駆動モータ作動中でもエンジンにより発電機を作動させて発電し得る点でパラレル式と区別されるが、車両の走行状況に応じて、エンジン単体による駆動と、駆動モータ単体による駆動と、双方を駆動源とする駆動とに切り換えて走行する点でパラレル式と共通している。

いずれの駆動方式のハイブリッド車両においても、所定の車速以上で走行する車両を減速させる際には、駆動モータを発電機として作動させる回生制動が利用されており、回生エネルギーはバッテリの充電に利用されている。ところで、回生制動により得られる回生エネルギーの回生量は、車両を減速させる際に要求される制動力の大きさによって変動するため、回生量とバッテリ残量との関係によってはバッテリが過充電状態に陥ってしまう可能性がある。バッテリに対し蓄電能力以上の充電を行なってしまうと、電解液の分解、ガス発生、過熱等の問題が生じてバッテリの寿命を著しく短くしてしまう。このバッテリの過充電防止に関する技術として、特許文献１には回生エネルギーをエンジンを負荷としたジェネレータの駆動により吸収するようにした技術が開示されており、バッテリの電圧が所定値以上となったときにはエンジンへの燃料供給を停止させてエンジンをジェネレータにより回転させてバッテリを消費させるようにしている。
特開平４−３２２１０５号公報

出願人はエンジンと電動モータとを駆動源として前輪と後輪とに動力を伝達する四輪駆動用のハイブリッド車両の動力伝達装置を提案した（特願２００３−１９６９１５号）。このハイブリッド車両においては、減速時に入力クラッチを締結するとエンジンブレーキをきかせることも可能であり、もちろん駆動モータによりエネルギーを回収することも可能である。四輪駆動車両においては、四輪駆動と二輪駆動とに切り換えることができ、車両の減速時に回生エネルギーを回収する場合には、直結四輪駆動の状態と二輪駆動の状態とでは回収できるエネルギー量が相違し、四輪駆動の状態では減速時に後輪軸により動力伝達系に加わる抵抗が増加して回生量が低下することになる。

本発明の目的は、バッテリの過充電を防止することが可能なハイブリッド車両の制御装置を提供することにある。

本発明のハイブリッド車両の制御装置は、エンジンのクランク軸に入力クラッチを介して連結される変速機入力軸と、変速要素を介して前記変速機入力軸に連結され変速機を構成する前輪出力軸と、駆動モータが装着され前記前輪出力軸にモータ駆動力を伝達するモータ駆動軸と、前記変速機と後輪駆動軸との間に設けられ、後輪へ駆動力を伝達する状態と解放する状態とに切り換えるカップリングとを備えるハイブリッド車両の制御装置において、バッテリ電圧を検出するバッテリ電圧検出手段と、減速時に、前記バッテリ電圧検出手段によって検出された電圧値が設定値以上である場合に、前記カップリングを締結する回生制動制御手段とを有することを特徴とする。

本発明のハイブリッド車両の制御装置は、ブレーキの作動を検出するブレーキ検出手段を有し、車両の減速を前記ブレーキ検出手段により検出することを特徴とする。

本発明のハイブリッド車両の制御装置は、前記入力クラッチの締結と解放を検出する入力クラッチ検出手段を有し、前記入力クラッチが解放状態のもとで車両が減速された場合に、前記入力クラッチを締結することを特徴とする。

本発明のハイブリッド車両の制御装置は、アクセル操作を検出するアクセル操作検出手段を有し、アクセルが操作された場合に、前記カップリングを解放することを特徴とする。

本発明によれば、減速時のバッテリ電圧が設定値以上である場合には、二輪駆動から四輪駆動に切り換えて走行することによって後輪出力軸を連結することにより動力伝達系に加わる抵抗が増加して回生量を低減することができ、バッテリの過充電を未然に防止することができる。

本発明によれば、減速時以外の力行運転時には四輪駆動から二輪駆動に切り換えることで動力伝達系に加わる抵抗が減少して小さな抵抗で走行することができ、燃費の良い走行をすることができる。

本発明によれば、駆動モータ単体による走行中においても、ブレーキの作動が検出された場合には、入力クラッチを締結することによってエンジンブレーキを作動させることができ、その分だけ回生量を低減することができる。エンジンブレーキを作動させる場合には、エンジン車に近いフィーリングで減速することができる。

以下、本発明の実施の形態を図面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一実施の形態を示すスケルトン図である。

このハイブリッド車両は２つの動力源としてエンジン１０と駆動モータ１１とを備えており、このエンジン１０は車両の進行方向に向けて配置されたクランク軸１０ａを備える縦置きエンジンとなっている。エンジン１０と駆動モータ１１との間には、発電機１２、フロントディファレンシャル機構１３そして変速機１４が設けられている。また、ギヤケース１７に組み込まれる変速機１４は相互に平行となる変速機入力軸１５と前輪出力軸１６とを備えており、変速機入力軸１５には入力クラッチ１８と発電機１２とを介してエンジン１０が連結される一方、前輪出力軸１６にはフロントディファレンシャル機構１３と駆動モータ１１とが連結されている。

ギヤケース１７の車両前方側にはジェネレータケース１９が組み付けられており、このジェネレータケース１９内に発電機１２が収容されている。発電機１２はロータ１２ａとステータ１２ｂとを備えており、ロータ１２ａはエンジン１０のクランク軸１０ａに連結され、ステータ１２ｂはロータ１２ａを囲むようにジェネレータケース１９に固定されている。ロータ１２ａはエンジン動力によって回転駆動されるため、エンジン１０を駆動することによって発電が可能となる。

また、クランク軸１０ａにはロータ１２ａを介してエンジン出力軸２０が連結されており、エンジン出力軸２０はエンジン動力によって駆動される。エンジン出力軸２０と変速機入力軸１５との間には入力クラッチ１８が設けられており、入力クラッチ１８を締結することによってエンジン動力が変速機入力軸１５に伝達され、締結を解放することによってエンジン動力の伝達は遮断される。なお、この入力クラッチ１８は、電磁コイル１８ａを励磁することによって締結状態に切り換えられ、励磁を解除することにより遮断状態に切り換えられる電磁クラッチとなっている。

変速機入力軸１５には２つの駆動歯車２１ａ，２２ａが回転自在に設けられており、前輪出力軸１６には２つの従動歯車２１ｂ，２２ｂが固定されている。それぞれの駆動歯車２１ａ，２２ａと従動歯車２１ｂ，２２ｂとは常時噛み合って低速段と高速段の変速歯車列を形成しており、変速機入力軸１５には低速段と高速段のいずれかを動力伝達状態に切り換える同期連結機構２３が設けられている。この同期連結機構２３はシンクロメッシュ機構となっており、変速機入力軸１５に固定されるシンクロハブ２３ａと、これに常時噛み合うシンクロスリーブ２３ｂとを備えている。シンクロスリーブ２３ｂを駆動歯車２１ａに噛み合わせると低速段が動力伝達状態となり、駆動歯車２２ａに噛み合わせると高速段が動力伝達状態となる。

入力クラッチ１８を締結するとともに、低速段または高速段を動力伝達状態に切り換えることにより、前輪出力軸１６はエンジン動力によって駆動される。このような前輪出力軸１６の一端には、フロントディファレンシャル機構１３のリングギヤ２４に噛み合うドライブピニオンギヤ２５が固定されており、前輪出力軸１６を経たエンジン動力がフロントディファレンシャル機構１３を介して左右の前輪に分配されるようになっている。

また、ギヤケース１７内には前輪出力軸１６に平行となって連結軸２６が回転自在に収容されている。連結軸２６には伝達歯車２７が固定されており、この伝達歯車２７に常時噛み合う伝達歯車２８が前輪出力軸１６に固定されている。なお、前輪出力軸１６と連結軸２６とは車幅方向にずれており、作図の便宜上、図１において連結軸２６と伝達歯車２７とは破線で示している。

ギヤケース１７の車両後方側にはモータケース２９が取り付けられており、このモータケース２９内に駆動モータ１１が組み込まれている。駆動モータ１１はロータ１１ａとステータ１１ｂとを備えており、ステータ１１ｂはロータ１１ａを囲むようにモータケース２９に固定されている。ロータ１１ａに固定されるモータ駆動軸１１ｃは、ロータ１１ａの両端からそれぞれ突出するようになっており、モータ駆動軸１１ｃの一端が連結軸２６にスプライン結合されている。このように、前輪出力軸１６にはモータ駆動軸１１ｃが連結されており、駆動モータ１１を駆動することによって、前輪出力軸１６にはエンジン動力だけでなくモータ動力の伝達が可能となっている。

また、モータケース２９の車両後方側にはトランスファケース３０が取り付けられており、トランスファケース３０内には後輪に対して動力を伝達するトランスファ機構３１が組み込まれている。トランスファ機構３１は、モータ駆動軸１１ｃの他端にスプライン結合されるトランスファ入力軸３２と、これに平行に配置されるトランスファ出力軸３３とを備えている。トランスファ入力軸３２とトランスファ出力軸３３とは歯車列３４を介して噛み合っており、モータ駆動軸１１ｃからの動力はトランスファ出力軸３３に伝達されるようになっている。

トランスファケース３０内にはトルク配分機構として、トランスファ出力軸３３上に組み込まれる電子制御式のカップリング３５が収容されている。このカップリング３５はトランスファ出力軸３３のスプライン部に結合される連結軸３６を備え、この連結軸３６に固定されたハブ３７には摩擦プレート３８が装着されている。摩擦プレート３８に接触する摩擦プレート３９がドラム４０に装着され、このドラム４０は後輪出力軸４１に固定されている。後輪出力軸４１にはスプラインが設けられ、このスプライン部にはジョイント４２がスプライン結合されており、このジョイント４２には図示しないリヤディファレンシャル機構を駆動するプロペラシャフトが連結されている。トランスファケース３０内には電磁コイル３５ａが組み込まれており、カップリング３５は、電磁コイル３５ａを励磁することによって締結状態に切り換えられ、励磁を解除することにより遮断状態に切り換えられる電磁クラッチとなっている。

電磁コイル３５ａを励磁してカップリング３５を締結状態に切り換えることにより、前輪だけでなく後輪に対しても動力を伝達することができる。しかも、電磁コイル３５ａに対する通電電流の大きさに応じてカップリング３５の締結力を制御することができるため、車両の走行状態に応じて前後輪間のトルク分配比を１００：０〜５０：５０の範囲で設定することができる。

駆動モータ１１を駆動制御するため、駆動モータ１１にはインバータ４３を介してバッテリ４４が接続されている。バッテリ４４からの直流電流は、インバータ４３によって交流電流に変換された後に駆動モータ１１のステータコイル１１ｄに供給される。インバータ４３はステータコイル１１ｄに供給する電力の周波数や電圧を調整することにより、走行状況に応じて駆動モータ１１の駆動状態を制御することができる。駆動モータ１１を発電機として作動させることにより回生された電力をバッテリ４４に充電することもできる。また、発電機１２のステータコイル１２ｃもインバータ４３を介してバッテリ４４に接続されており、発電された交流電流はインバータ４３によって直流電流に変換されてバッテリ４４に充電されるようになっている。さらには、インバータ４３を介して発電機１２に電力を供給することができるため、発電機１２をスタータモータとして作動させることもできる。

このハイブリッド車両は、エンジン１０と駆動モータ１１とを動力源とし、車両の走行状況に応じて、駆動モータ１１のみで車両を駆動するモータ走行モードとエンジン１０のみで車両を駆動するエンジン走行モードと、両方の動力を用いて車両を駆動するパラレル走行モードとに選択的に切り換えて走行することができる。たとえば、駆動トルクが要求される発進時には駆動モータ１１を用いてモータ走行モードで車両を駆動し、車速の上昇とともにエンジン１０を用いてエンジン走行モードで車両を駆動する。高速走行中に加速する場合などの高負荷時には、駆動モータ１１とエンジン１０とを併用したパラレル走行モードで車両を駆動する。一方、低負荷走行時には、エンジン動力を動力源として発電機１２により発電し、発電された電力エネルギーをバッテリ４４に充電することができる。エンジン１０の始動時には発電機１２を駆動源として作動させてクランク軸１０ａを回転させることができ、更に減速時には駆動モータ１１を発電機として作動させることにより回生された電力をバッテリ４４に充電することができる。モータ走行モードによる走行中でも、入力クラッチ１８を締結することによってエンジンブレーキを作動させることができる。

モータ駆動軸１１ｃは伝達歯車２７，２８により前輪出力軸１６に直結されているので、エンジン動力が前輪出力軸１６に伝達されるときには、エンジン動力はモータ駆動軸１１ｃにも伝達される。そして、モータ駆動軸１１ｃはトランスファ出力軸３３に連結されているので、カップリング３５を締結することにより、エンジン動力を図示しないプロペラシャフトおよび後輪用の差動歯車機構を介して後輪に伝達することも可能である。モータ駆動軸１１ｃには駆動モータ１１が装着されているので、モータ動力をモータ駆動軸１１ｃに直接伝達し、モータ動力のみ又はこれにエンジン動力を付加して後輪に伝達することもできる。

図２は図１に示すハイブリッド車両の制御回路を示すブロック図であり、回生制動制御手段としての制御ユニット４５には、車速を検出する車速センサ４６、アクセルの操作を検出するアクセル検出手段としてのアクセルセンサ４７、バッテリ４４の電圧を検出するバッテリ電圧検出手段としてのバッテリ電圧センサ４８、ブレーキの作動を検出するブレーキ検出手段としてのブレーキセンサ４９、入力クラッチ１８の締結状態を検出する入力クラッチ検出手段としての入力クラッチセンサ５０、カップリング３５の締結状態を検出するカップリングセンサ５１その他のセンサから検出信号が入力されるようになっている。アクセルの作動は、例えばアクセルペダルの踏み込み量やアクセル開度を計測することによって検出され、ブレーキの作動は、例えばブレーキペダルの踏み込み量に応じて発生するマスターシリンダー内の油圧を計測することによって検出される。

この制御ユニット４５からはエンジン１０、駆動モータ１１、発電機１２、入力クラッチ１８、同期連結機構２３およびカップリング３５その他の装置に制御信号が送られる。制御ユニット４５には、制御信号を演算するマイクロプロセッサ、制御プログラム、演算式、およびマップデータなどを格納するＲＯＭ、および一時的にデータを格納するＲＡＭなどが設けられている。

上述の通り、駆動モータ１１の回生制動によりエネルギーの回生を行なうことができるが、このときの回生量は、車両を減速させる際に要求される制動力の大きさによって変動するものである。よって、既にバッテリが満充電状態にあるときに回生エネルギーをそのまま供給してしまうとバッテリが過充電状態に陥ってしまう可能性がある。この点、本発明にあっては、減速時のバッテリ電圧が設定値以上である場合には、後輪出力軸を連結させたり、エンジンブレーキを作動させたりすることによってエネルギー回生量の低減を図るようにしている。

図３は本発明を構成する回生制動制御手段の処理手順の一実施の形態を示すフローチャートである。ステップＳ１ないしステップＳ２に示すように、この回生制動制御手段は、減速時のバッテリ電圧が設定値以上である場合に実行される。まず、ステップＳ１ではブレーキセンサ４９からの出力信号に基づきブレーキの作動が検出されたか否かの判断がなされる。続く、ステップＳ２ではバッテリ電圧センサ４８からの出力信号に基づき、バッテリ電圧がバッテリ４４の過充電を防止するために設定される設定値以上であるか否かの判断がなされる。ここで、バッテリ電圧が設定値未満であると判断された場合には、通常どおり駆動モータ１１による回生制動が行なわれ、回生エネルギーがバッテリ４４に充電されることになる。

一方、バッテリ電圧が設定値以上であると判断された場合には、バッテリ４４の過充電を防止するための処理がステップＳ３〜ステップＳ５にて行なわれる。つまり、ステップＳ３では入力クラッチセンサ５０からの出力信号に基づき入力クラッチ１８が締結状態にあるか否かの判断がなされ、締結が解放されていることが検出された場合にはステップＳ４において入力クラッチ１８の締結操作が行なわれる。これによって、前輪出力軸１６は、変速機入力軸１５を介してエンジン１０のクランク軸１０ａと連結され、前輪出力軸１６の回転に対してエンジンブレーキを作動させることができる分だけ回生量を低減することができる。エンジンブレーキを作動させることによって、エンジン車に近いフィーリングで減速することも可能となる。なお、モータ走行モードで走行する際にも、入力クラッチ１８を締結することによってエンジンブレーキを作動させることができ、その分だけ回生量を低減することができる。

続く、ステップＳ５ではカップリング３５の締結が行なわれる。これによって、前輪出力軸１６はモータ駆動軸１１ｃを介して後輪出力軸４１と連結され、二輪駆動の状態から直結四輪駆動の状態に切り換えて走行することによって、後輪出力軸４１を連結することにより動力伝達系に加わる抵抗の分だけ回生量を低減することができる。このように、入力クラッチ１８およびカップリング３５を締結し駆動モータ１１による回生量を低減することによって、バッテリ４４の過充電を未然に防止することができる。ステップＳ６に示すように、入力クラッチ１８およびカップリング３５の締結はアクセル操作が検出されるまで行なわれる。

ところで、減速時以外の力行運転時には四輪駆動から二輪駆動に切り換えるようにすれば動力伝達系に加わる抵抗が減少してより小さな抵抗で走行することができ、燃費の良い走行をすることができる。そこで、ステップＳ６にてアクセルの操作が検出された場合には、続くステップＳ７においてカップリング３５の締結を解放してモータ駆動軸１１ｃと後輪出力軸４１との連結状態を解放し、駆動状態を四輪駆動から二輪駆動に切り換える。なお、ステップＳ７における処理は燃費の良い走行を行なうために実行される処理であるから、バッテリ４４の過充電を防止する上では必ずしも必要とされる処理ではなく、高い駆動トルクが要求される場合などには適時四輪駆動に切り換えて走行することも可能である。

本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能である。たとえば、トルク分配機構としては、図１に示すタイプのカップリング３５以外に、油圧式カップリングやビスカスカップリングなど種々のタイプのトランスファ機構を用いることができる。

本発明が適用されるハイブリッド車両の一実施の形態を示すスケルトン図である。 図１に示すハイブリッド車両の制御回路を示すブロック図である。 本発明を構成する回生制動制御手段の処理手順の一実施の形態を示すフローチャートである。

符号の説明

１０ エンジン
１０ａ クランク軸
１１ 駆動モータ
１１ｃ モータ駆動軸
１２ 発電機
１５ 変速機入力軸
１６ 前輪出力軸
１８ 入力クラッチ
２３ 同期連結機構
３１ トランスファ機構
３５ カップリング
４１ 後輪出力軸

Claims (4)

1. エンジンのクランク軸に入力クラッチを介して連結される変速機入力軸と、変速要素を介して前記変速機入力軸に連結され変速機を構成する前輪出力軸と、駆動モータが装着され前記前輪出力軸にモータ駆動力を伝達するモータ駆動軸と、前記変速機と後輪駆動軸との間に設けられ、後輪へ駆動力を伝達する状態と解放する状態とに切り換えるカップリングとを備えるハイブリッド車両の制御装置において、
   バッテリ電圧を検出するバッテリ電圧検出手段と、
   減速時に、前記バッテリ電圧検出手段によって検出された電圧値が設定値以上である場合に、前記カップリングを締結する回生制動制御手段とを有することを特徴とするハイブリッド車両の制御装置。
2. 請求項１記載のハイブリッド車両の制御装置において、ブレーキの作動を検出するブレーキ検出手段を有し、車両の減速を前記ブレーキ検出手段により検出することを特徴とするハイブリッド車両の制御装置。
3. 請求項１または２記載のハイブリッド車両の制御装置において、前記入力クラッチの締結と解放を検出する入力クラッチ検出手段を有し、前記入力クラッチが解放状態のもとで車両が減速された場合に、前記入力クラッチを締結することを特徴とするハイブリッド車両の制御装置。
4. 請求項１〜３のいずれか１項に記載のハイブリッド車両の制御装置において、アクセル操作を検出するアクセル操作検出手段を有し、アクセルが操作された場合に、前記カップリングを解放することを特徴とするハイブリッド車両の制御装置。
   
   

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