JP2006141156A - ハイブリッド車両 - Google Patents

Abstract

【課題】 停車中に車載装備を利用したときの走行用バッテリの電力消費を低減できると共に、バッテリ充電のためのエンジン始動及び発電に伴う騒音及び振動を抑制して乗員への不快感を低減できるハイブリッド車両を提供する。
【解決手段】 停車中に実行するキャンプモードでは、作動が不要な走行用装備への電力供給を中止すると共に、バッテリを充電するためのエンジン始動時にクランキング速度を緩やかに立ち上げて乗員が受ける唐突感を和らげ、更にモータ／ジェネレータの発電量を抑制して発電時の騒音及び振動を低減する。
【選択図】 図３

Description

本発明は走行用バッテリの電力によりモータを駆動して走行するハイブリッド車両に関するものである。

ハイブリッド車両では、走行用バッテリの高圧直流電力を直流１２Ｖや交流１００Ｖに変換して走行用以外の各種車載装備に供給しており、これらの車載装備は乗員の利便性向上のために車両の走行中のみならず停車中においても利用可能に構成されている。又、車両に装備されたエアコンは電動化が進んでおり、電動化に伴って停車中でも走行用バッテリからの電力により使用可能となっている。

一方、ハイブリッド車両では走行用バッテリの電力消費の抑制が重要な課題であり、この目的のために種々の対策が提案されている（例えば、特許文献１参照）。当該特許文献１に開示された技術では、一定時間連続して低速旋回中で且つ走行用バッテリの充電レベル（ＳＯＣ：State Of Charge）が低いときに省電力モードに切換えて、通常モードに比較してエンジン走行を優先させてモータ走行を抑制する制御を行っている。
特開２００４−１１２８５１号公報

ところで、上記のように停車中にも各種車載装備やエアコンを利用可能に構成しているのは、乗員の利便性向上を目的とした配慮であるが、あくまでも付加的な機能として考えられたものに過ぎないため、イグニションキーの操作により車載装備やエアコンを利用する際には、例えばメータ類やナビゲーションシステム等の走行用の装備も作動してしまう。よって、これらの停車中には不要な装備の作動により走行用バッテリの電力消費が促進されてしまうという問題があった。

又、停車中の車載装備やエアコンの作動により走行用バッテリのＳＯＣは次第に低下し、ＳＯＣが所定値以下まで低下するとエンジンを始動させてジェネレータの発電によりバッテリを充電するが、特に電力消費量が大きいエアコン等の作動時にはかなりの頻度でエンジン始動及びジェネレータによる発電が行われることになる。ところが、停車中の乗員は休息や睡眠をとっている場合もあることから走行中よりも更に車室内の静粛性が要求される状況にあり、頻繁なエンジン始動や発電により乗員に不快感を与えてしまう可能性があった。

そして、上記特許文献１の技術はこのような停車中に発生する不具合を想定していないことから、問題解決の対策とはなり得なかった。
本発明はこのような問題点を解決するためになされたもので、その目的とするところは、停車中に車載装備を利用したときの走行用バッテリの電力消費を低減できると共に、バッテリ充電のためのエンジン始動及び発電に伴う騒音及び振動を抑制して乗員への不快感を低減することができるハイブリッド車両を提供することにある。

上記目的を達成するため、請求項１の発明は、走行用バッテリの電力によりモータを駆動して車両を走行させるハイブリッド車両において、走行用バッテリの電力を車載装備に供給して作動可能とすると共に、走行用バッテリの充電を要するときにエンジンを始動してジェネレータを駆動し、ジェネレータにより発電された電力を走行用バッテリに充電する制御手段と、車両の走行中に実行する走行モードと停車中に実行する非走行モードとを選択するモード選択手段と、モード選択手段による走行モードの選択時に比較して非走行モードの選択時には、走行用バッテリから電力供給する車載装備の制限、エンジン始動時のクランキング速度の抑制、ジェネレータの発電量の抑制の内、少なくとも何れか一つを制御手段に実行させるモード切換手段とを備えたものである。

従って、制御手段により走行用バッテリの電力が車載装備に供給されると共に、走行用バッテリの充電を要するときにはエンジンが始動されてジェネレータにより発電された電力が走行用バッテリに充電される。そして、車両停車を受けてモード選択手段により非走行モードが選択されると、モード切換手段からの指令に基づいて制御手段により、走行用バッテリから電力供給する車載装備が制限されて走行用バッテリの電力消費が低減されたり、或いはエンジン始動時のクランキング速度が抑制されてエンジン始動時に乗員が受ける唐突感が和らいだり、或いはジェネレータの発電量が抑制されてジェネレータを駆動するエンジンの回転低下に伴って発電時の騒音及び振動が低減される。

好ましい態様として、車両の停車が予め設定された所定時間を越えると、走行モードに代えて非走行モードを選択するようにモード選択手段を構成することが望ましい。このように構成すれば、モード選択を運転者に委ねた場合のように運転者の選択操作のし忘れや非走行モード自体を運転者が認知していない等の要因で非走行モードが利用されない事態を未然に防止できる。

請求項２の発明は、請求項１において、車載装備として、車両の走行に必要な走行用装備と走行用装備以外の非走行用装備とを備え、モード切換手段が、走行モードでは走行用装備及び非走行用装備の双方に走行用バッテリからの電力を供給し、非走行モードでは走行用装備への電力供給を中止するものである。
従って、非走行モードが実行される停車中には走行用装備を作動させる必要はなく、この走行用装備への電力供給の中止により走行用バッテリの電力消費が低減される。

請求項３の発明は、請求項１において、モード切換手段が、非走行モードでは走行モードよりエンジン始動時のクランキング速度の立ち上がりを緩慢化するものである。
従って、エンジン始動時のクランキング速度の立ち上がりが緩慢になることで、クランキングに伴う騒音や振動の増加が緩やかなものとなり、エンジン始動時に乗員が受ける唐突感が和らぐ。

請求項４の発明は、請求項１において、モード切換手段が、非走行モードでは走行モードよりジェネレータの発電量を抑制して１充電サイクル当たりの発電時間を延長化するものである。
従って、発電時間の延長化に伴って発電を実施する頻度、及び発電に先立って行われるエンジン始動の頻度が減少する。

以上説明したように請求項１の発明のハイブリッド車両によれば、停車中に車載装備を利用したときの走行用バッテリの電力消費を低減できると共に、バッテリ充電のためのエンジン始動及び発電に伴う騒音及び振動を抑制して乗員への不快感を低減することができる。
請求項２の発明のハイブリッド車両によれば、請求項１に加えて、走行用装備への電力供給の中止により走行用バッテリの電力消費を低減することができる。

請求項３の発明のハイブリッド車両によれば、請求項１に加えて、クランキングに伴う騒音や振動の増加を緩やかなものとしてエンジン始動時に乗員が受ける唐突感を和らげ、もって乗員への不快感を低減することができる。
請求項４の発明のハイブリッド車両によれば、請求項１に加えて、発電時間の延長化に伴ってエンジン始動及び発電の頻度を減少させ、もって乗員への不快感を低減することができる。

以下、本発明を具体化したハイブリッド車両の一実施形態を説明する。
図１の全体構成図に示すように、本実施形態のハイブリッド車両は、走行用の駆動源としてエンジン１及びモータ／ジェネレータ２を備えたパラレル式ハイブリッド車両として構成されている。エンジン１の出力軸１ａにはクラッチ３を介してモータ／ジェネレータ２の回転軸２ａが接続され、モータ／ジェネレータ２の回転軸２ａにはベルト式無段変速機４（以下、ＣＶＴと称する）が接続されている。無段変速機４はクラッチ５を介してディファレンシャルギア６に接続され、ディファレンシャルギア６は左右のドライブシャフト７を介して駆動輪（後輪）８に接続されている。

モータ／ジェネレータ２にはインバータ１０を介して走行用バッテリ１１が電気的に接続され、モータ走行時のようにモータ／ジェネレータ２がモータとして機能する場合には、インバータ１０によりバッテリ１１からの直流高圧電力がモータ／ジェネレータ２に供給され、一方、減速時のようにモータ／ジェネレータ２がジェネレータとして機能する場合には、回生により得た電力がインバータ１０を介してバッテリ１１に充電される。

走行用バッテリ１１には車両に搭載された電動エアコン１２のモータ１２ａ、ＤＣ／ＤＣコンバータ１３、ＤＣ／ＡＣインバータ１４（以下、これらの装備１２、１３，１４を非走行用装備と称する）、運転席のメータ類やナビゲーションシステム或いは電動パワーステアリング等の車両走行に必要な装備１５（以下、走行用装備と称する）がそれぞれ電気的に接続されている。

エアコン１２のモータ１２ａは走行用バッテリ１０から電力を供給されてエアコンプレッサ１２ｂを駆動する。ＤＣ／ＤＣコンバータ１３は走行用バッテリ１１からの直流高圧電力を直流１２Ｖに変換した上で、車両に装備された図示しないオーディオ類等に供給する。ＤＣ／ＡＣインバータ１４は走行用バッテリ１１からの直流高圧電力を交流１００Ｖに変換した上で車室内に設置された図示しないコンセントに供給しており、乗員により任意にコンセントに接続された家電製品を作動させる。

車室内には入出力装置、記憶装置（ＲＯＭ、ＲＡＭ等）、中央処理装置（ＣＰＵ）、タイマカウンタ等を備えたＳＭＵ（システムマネージメントユニット）２１が設置されている。ＳＭＵ２１の入力側にはアクセル操作量Ａccを検出するアクセルセンサ２２、車速Ｖを検出する車速センサ２３、後述する停車中に行うキャンプモード（非走行モード）を選択するためのキャンプモードスイッチ２４等の各種センサ類が接続されている。ＳＭＵ２１の出力側には、上記エンジン１の図示しない点火プラグ、燃料噴射弁、スロットルバルブ等、上記モータ／ジェネレータ２のインバータ１０、クラッチ３，５、ＣＶＴ８、エンジンをクランキングするためのスタータ２５等のデバイス類が接続されている。

そして、ＳＭＵ２１はセンサ類からの検出情報に基づき、エンジン１及びモータ／ジェネレータ２を運転すると共にＣＶＴ４を変速制御して車両を走行させる。通常の走行時においてはクラッチ３を遮断すると共にクラッチ５を接続し、インバータ１０を介して走行用バッテリ１１の電力をモータ／ジェネレータ２に供給し、モータ／ジェネレータ２を駆動源としたモータ走行を優先して実施する。このときのＳＭＵ２１は、アクセル操作量Ａccに基づいてモータ／ジェネレータ２のトルクを制御する。又、運転者が要求するアクセル操作量Ａccに対してモータ／ジェネレータ２のトルクが不足する場合にはクラッチ３を接続し、エンジン１とモータ／ジェネレータ２とを併用した走行、或いはエンジン１単独によるエンジン走行を実施する。

又、ＳＭＵ２１は図示しない電流センサにより検出された走行用バッテリ１１の放電電流及び充電電流の積算値から走行用バッテリ１１のＳＯＣを逐次算出し、算出したＳＯＣやエンジン１の運転状態等に基づいてモータ／ジェネレータ２の発電量を制御しながらバッテリ１１を充電する（制御手段）。
例えばモータ走行時には、ＳＯＣが所定値を下回る毎にＳＭＵ２１はエンジン１を始動してモータ／ジェネレータ２の発電により走行用バッテリ１１を充電するが、走行中には車両走行状態の急変によりモータ／ジェネレータ２の電力消費が急増する等の可能性があることから、このような事態に対処すべくバッテリ１１のＳＯＣを早期に回復させる必要がある。そこで、始動制御についてはクランキング速度を急激に立ち上げて迅速な始動を図る一方、始動後の発電制御についてはモータ／ジェネレータ２の発電量を十分に大きく調整して急速なバッテリ充電を図る。

又、走行中において、ＳＭＵ２１は電動エアコン１２のモータ１２ａ、ＤＣ／ＤＣコンバータ１３、ＤＣ／ＡＣインバータ１４、走行用装備１５等の全ての電気負荷に対して走行用バッテリ１１からの電力をそれぞれ供給し、エアコン１２による車室内の冷暖房、ＤＣ／ＤＣコンバータ１３に接続されたオーディオ類の作動、ＤＣ／ＡＣインバータ１４のコンセントに接続された家電製品の作動、走行用装備１５であるメータ類やナビゲーションシステム等の作動を可能とする。ここで、以上の車両走行中の発電制御、始動制御、各電気負荷への電力供給は走行モードに基づいて行われるものとする。

走行モードに基づく制御に対して、車両停車中にはＳＭＵ２１は予め設定されたキャンプモードを実行する。当該キャンプモードでは、バッテリ１１の電力消費の抑制を目的として走行用バッテリ１１から電力供給する車載装備１２〜１５を制限し、且つ、バッテリ１１のＳＯＣ低下に伴って充電を要するときには、エンジン始動及び発電に伴う騒音と振動を低減すべく専用のエンジン始動制御及び発電制御を実施する。そこで、以下にキャンプモードの実行状況について詳述する。

ＳＭＵ２１は図２に示すモード切換ルーチンを所定の制御インターバルで実行し、まずステップＳ２でイグニションスイッチがオン操作されているか否かを判定し、駐車中で判定がＮｏ（否定）のときには一旦ルーチンを終了する。イグニションスイッチのオン操作によりステップＳ２の判定がＹｅｓ（肯定）になると、ステップＳ４でイグニションスイッチのオン操作がキャンプモードスイッチ２４を押圧操作した状態で行われたか否かを判定する。

当該ステップＳ４の処理は、運転者がキャンプモードの実行を望むか否かを判定するためのものであり、ステップＳ４の判定がＹｅｓのときにはキャンプモード実行の意思ありと見なしてステップＳ６に移行する。ステップＳ６では停車中（車速Ｖ＝０）か否かを判定し、停車中で判定がＹｅｓのときには、ステップＳ８でキャンプモードに切換えた後にルーチンを終了し、車両走行中で判定がＮｏのときには、ステップＳ１０で走行モードに切換えた後にルーチンを終了する（モード選択手段）。

又、上記ステップＳ４の判定がＮｏのときにはステップＳ１２に移行する。ステップＳ１２では停車中（車速Ｖ＝０）か否かを判定し、続くステップＳ１４では停車開始から予め設定された所定時間Ｔが経過したか否かを判定し、ステップＳ１２，１４で共にＹｅｓの判定を下したときにはステップＳ８に移行してキャンプモードに切換え、何れかの判定がＮｏのときにはステップＳ１０に移行して走行モードに切換える（モード選択手段）。

譬え運転者にキャンプモード実行の意思がない場合であっても、停車が長引いた場合にキャンプモードを行っても弊害はなく、一方、運転者がキャンプモードスイッチ２４を操作し忘れた場合やキャンプモード機能自体を認知していない場合もあり得るため、これらの状況でもキャンプモードによるメリットが得られるようにステップＳ１２，１４の処理が設定されているのである。

以上のＳＭＵ２１の処理により、運転者によりキャンプモードスイッチ２４が操作されないとき、及び走行中若しくは所定時間Ｔ未満の停車時には走行モードに切換えられ、当該走行モードに対応する発電制御、始動制御、各車載装備への電力供給が行われる。
又、運転者によりキャンプモードスイッチ２４が操作された停車中、或いはスイッチ操作がなくても所定時間Ｔ以上の停車中にはキャンプモードに切換えられ、当該キャンプモードに対応する発電制御、始動制御、各車載装備への電力供給が行われる。

走行用バッテリ１１から電力供給を受ける車載装備は、表１に従ってモードに応じて切換えられる（モード切換手段）。

従って、キャンプモードではメータ類、ナビゲーションシステム、電動パワーステアリング等の走行用装備１５への電力供給が中止されるが、本来停車中には走行用装備を作動させる必要はないことから何ら不具合が発生せず、一方、走行用装備１５の電力消費分だけ走行用バッテリ１１の電力消費を低減することができる。

又、キャンプモードにおいて、電動Ａ／Ｃ１２の作動、ＤＣ／ＤＣコンバータ１３によるオーディオ類等の作動、ＤＣ／ＡＣインバータ１４による家電製品の作動に伴って走行用バッテリ１１の電力は次第に消費され、バッテリ１１のＳＯＣが所定値を下回るとエンジン１を始動してモータ／ジェネレータ２の発電により走行用バッテリ１１の充電を行う。

このときの始動制御は図３に示すタイムチャートに従って行われ、クランキング速度（即ち、エンジン回転速度Ｎe）を急激に立ち上げる走行モードに対して、キャンプモードではスタータ２５によるクランキング速度を緩やかに立ち上げてエンジン始動が行われる（モード切換手段）。ここで、クランキング速度の立ち上がりが緩慢化されると、クランキング開始から同一時点（例えば、図中のタイミングａ）では走行モードに比較してキャンプモードの方がクランキング速度が低いことから、結果としてキャンプモードではクランキング速度を抑制していると換言できる。

又、始動後のモータ／ジェネレータ２による発電制御は図４に示すタイムチャートに従って行われ、十分に大きな発電量にモータ／ジェネレータ２を制御する走行モードに対して、キャンプモードではモータ／ジェネレータ２の発電量が抑制される（モード切換手段）。
キャンプモードの始動制御によればクランキング速度の立ち上がりが緩慢なため、エンジン完爆までの所要時間、換言すればモータ／ジェネレータ２による発電開始の時期が遅延化されることになり、一方、キャンプモードの発電制御によれば発電量が小さいため、ＳＯＣが回復するまでの所要時間が長引くことになり、これらの要因によりバッテリ１１のＳＯＣの回復は遅れることになる。しかしながら、キャンプモードによる停車中には電動エアコン１２等による電力消費が比較的安定しており、走行中のようにモータ／ジェネレータ２の電力消費の急増等に対処すべくＳＯＣを迅速に回復させる必要性がそれほどないことから、上記のように多少ＳＯＣの回復が遅れても何ら問題は生じない。

そして、エンジン始動時のクランキング速度の立ち上がりが緩慢になることで、走行モード時に比較してキャンプモードではクランキングに伴う振動や騒音の増加が緩やかなものとなり、結果としてエンジン始動時に乗員が受ける唐突感が大幅に和らぐことになる。又、図に示すように完爆後のエンジン回転速度Ｎeの変動が少ないことも、唐突感が少ない要因である。

更に、図４から明らかなように、モータ／ジェネレータ２の発電量の抑制によりバッテリ１１のＳＯＣが回復するまでの所要時間（即ち、１充電サイクル当たりの発電時間）が延長化されるため、結果として発電を実施する頻度が減少すると共に、発電量の抑制によりモータ／ジェネレータ２を駆動するエンジン１の回転速度Ｎeを低減でき、発電時の騒音及び振動も低減される。

以上のようにエンジン始動時の唐突感が緩和されると共に、発電時の騒音及び振動が低減され、更にこれらのエンジン始動及び発電を実施する頻度自体も大幅に減少するため、これらの要因によりキャンプモードでの停車中には静粛性の良好な車室内環境を実現でき、もってバッテリ充電のためのエンジン始動及び発電に伴う騒音及び振動を抑制して乗員への不快感を低減することができる。

以上で実施形態の説明を終えるが、本発明の態様はこの実施形態に限定されるものではない。例えば上記実施形態では、走行用の駆動源としてエンジン１及びモータ／ジェネレータ２を備えたパラレル式ハイブリッド車両に具体化したが、車両の形式はこれに限ることはなく、例えばモータ機能とジェネレータ機能とを分離させたり、或いはモータを走行用駆動源としてエンジンは発電専用に利用するシリーズ式ハイブリッド車両に具体化したりしてもよい。

又、上記実施形態では、走行用バッテリ１１の電力消費を抑制するための対策として、キャンプモードの実行時に走行用装備への電力供給を中止し、エンジン始動及び発電に伴う騒音と振動を低減するための対策として、エンジン始動時のクランキング速度を緩やかに立ち上げ、且つモータ／ジェネレータ２の発電量を抑制したが、これら３種の対策を全て実施する必要は必ずしもなく、何れか１つの対策のみを実施するようにしてもよい。

更に、上記実施形態では、運転者によるキャンプモードスイッチ２４の操作と所定時間Ｔ以上の停車との何れの条件が成立したときでもキャンプモードを実行したが、必ずしも双方の条件を設定する必要はなく、何れか一方のみをキャンプモードの実行条件として設定してもよい。
一方、上記実施形態では、キャンプモードにおいてクランキング速度の立ち上がりを緩慢化したが、これに代えて立ち上がり後のクランキング速度の上限値を抑制してもよく、この場合でも上記実施形態と同様の作用効果が得られる。

実施形態のハイブリッド車両を示す全体構成図である。 ＳＭＵが実行するモード切換ルーチンを示すフローチャートである。 エンジンの始動制御の実行状況を示すタイムチャートである。 モータ／ジェネレータの発電制御の実行状況を示すタイムチャートである。

符号の説明

１ エンジン
２ モータ／ジェネレータ（モータ、ジェネレータ）
１１ 走行用バッテリ
１２ エアコン（非走行用装備、車載装備）
１３ ＤＣ−ＤＣコンバータ（非走行用装備、車載装備）
１４ ＤＣ−ＡＣインバータ（非走行用装備、車載装備）
１５ 走行用装備（車載装備）
２１ ＳＭＵ（制御手段、モード選択手段、モード切換手段）
２４ キャンプモードスイッチ

Claims (4)

1. 走行用バッテリの電力によりモータを駆動して車両を走行させるハイブリッド車両において、
   上記走行用バッテリの電力を車載装備に供給して作動可能とすると共に、該走行用バッテリの充電を要するときにエンジンを始動してジェネレータを駆動し、該ジェネレータにより発電された電力を上記走行用バッテリに充電する制御手段と、
   上記車両の走行中に実行する走行モードと停車中に実行する非走行モードとを選択するモード選択手段と、
   上記モード選択手段による走行モードの選択時に比較して非走行モードの選択時には、上記走行用バッテリから電力供給する車載装備の制限、上記エンジン始動時のクランキング速度の抑制、上記ジェネレータの発電量の抑制の内、少なくとも何れか一つを上記制御手段に実行させるモード切換手段と
   を備えたことを特徴とするハイブリッド車両。
2. 上記車載装備として、車両の走行に必要な走行用装備と該走行用装備以外の非走行用装備とを備え、
   上記モード切換手段は、上記走行モードでは走行用装備及び非走行用装備の双方に上記走行用バッテリからの電力を供給し、上記非走行モードでは上記走行用装備への電力供給を中止することを特徴とする請求項１記載のハイブリッド車両。
3. 上記モード切換手段は、上記非走行モードでは上記走行モードより上記エンジン始動時のクランキング速度の立ち上がりを緩慢化することを特徴とする請求項１記載のハイブリッド車両。
4. 上記モード切換手段は、上記非走行モードでは上記走行モードより上記ジェネレータの発電量を抑制して１充電サイクル当たりの発電時間を延長化することを特徴とする請求項１記載のハイブリッド車両。

Images