JP2008179232A - ハイブリッド自動車 - Google Patents

Abstract

【課題】従来例ハイブリッド車両では、他車両との車間距離を一定に維持して走行しているときに、内燃機関の負荷が小さくなると、電動発電機の制御モードが自動的に回生制動モードに転換制御されることがある。これは運転者の意思によらず自動的に実行されるから、ハイブリッド車両が車両の流れを阻害することがある。
【解決手段】運転席の運転者が操作することができる位置に、ハイブリッド機関の回生制動力を抑制する操作スイッチ（２１）を設ける。運転者がこの操作スイッチを操作することにより、不必要な回生制動となって、減速することがなくなり、周囲の車両の流れに沿った円滑な走行が可能となる。
【選択図】図２

Description

本発明は、ハイブリッド自動車の制動制御に関する。とくにハイブリッド自動車の車速制御を円滑化するための改良に関する。本発明はハイブリッド自動車の走行性能の向上、およびさらなる燃料消費量の経済化に関する。本発明はハイブリッド自動車の回生制動モードでの回生力を運転者の操作により一時的に抑制することができる装置に関する。

ハイブリッド自動車を平坦路面上を適度にアクセル・ペダルを踏込みながら、ほぼ一定の巡航速度（例、４０〜６０ｋｍ／ｈ）で走行させているときに、先行車両に緩やかに接近している、あるいは長い緩やかな下り坂にさしかかる、その他の状況下で、運転者はアクセル・ペダルを徐々に解放側に操作することがある。そうすると、電動発電機の動作モードが、回生制動モード（発電機として動作するモード）に自動的に転換され、減速状態になるので、運転者はアクセル・ペダルの調節だけで車速の滑らかな調節が困難になる。

これは従来から販売されているハイブリッド自動車は、運転者が操作する一つのアクセル・ペダルの踏込み量に応じて、内燃機関の回転制御および電動発電機のモード転換制御を同時に行うように設計されていることに起因する。すなわち従来例装置では、電動発電機のモード転換はプログラム制御装置により、運転者の操作ではなく自律的かつ自動的に実行されている。

特開平８−２３７８０５号公報

従来から市販されているハイブリッド自動車の多くは、巡航速度で走行中にアクセル・ペダルの踏込みを解放側に操作すると、少なくとも平坦路面を走行中には、一律に回生制動を実行するように設計されている。このとき車両は当然に減速するように制御されるが、運行環境によっては、運転操作を円滑化するものとはならないことがあることに本願発明者は気付いた。

いま運転者は平坦路面を走行中に、アクセル・ペダルを一時的に解放したが、車速（４０〜５０ｋｍ／ｈ程度）をそのまま維持しながら短い時間だけ車両を惰性で走行させて、再度円滑に加速しようと意図しているものとする。たとえば前方の信号機がまもなく青信号である交差点に近づいているときに、一時的にアクセル・ペダルを解放して周囲の状況を認識し、そのままの惰性でその交差点を通過し、再び加速して先行車両の流れに乗ることを意図しているとしよう。このようなときに、従来例のハイブリッド自動車は、多くの設計では、アクセル・ペダルを解放するに伴い、このような運転者の意図にかかわらず自動的に回生制動が実行される。このような場合に、信号機を通過した後に運転者は再び流れに乗るために、アクセル・ペダルを踏み込むことになるので、運転者が惰性を利用する滑らかな速度制御を実行することができなくなる。

また他の例を説明すると、長い緩やかな下り坂を走行しているときに、従来例ハイブリッド自動車では、一定速度を維持することが難しくなることがある。すなわち内燃機関のみの一般車両では、長い緩やかな下り坂を走行中には、変速レバーを適当な低いギヤ位置に設定することにより、アクセル・ペダルを軽く踏込み、速度計を見ながら調節して、適当な一定速度（例、３０〜５０ｋｍ／ｈ）を維持させるように走行することができる。これに対してハイブリッド自動車では、長い緩やかな下り坂を走行中に、自動的に回生制動モードに転換され、電気制動が有効な状態に制御される。そしてこのような場合には、発電機による制動の程度をアクセル・ペダルの踏込み量で調節することが困難になり、車速を一定に維持する運転操作が難しくなる。

これはハイブリッド自動車がその路面を独走している状態ではほとんど問題ないが、前後に多数の車両があり、これらがほぼ等しい速度で流れているときに、ハイブリッド自動車については、その車速を流れの速度に合うように調節することが困難になることである。

本発明は、このような場面でも円滑な運転操作が可能なハイブリッド自動車を提供することを目的とする。さらに詳しくは、本発明は運転者の操作により一時的に回生制動モード（発電モード）を抑制することができる装置を提供することを目的とする。本発明は、運転操作により、アクセル・ペダルを解放しても、これに連動して回生力が自動的に抑制される走行モードを作ることができる装置を提供することを目的とする。

本発明は、内燃機関と、電動発電機と、アクセル・ペダルの操作量および車速を含む入力情報にしたがって前記電動発電機を電動機モードもしくは発電機モードに転換制御する制御手段とを備えたハイブリッド自動車において、前記制御手段に、アクセル・ペダルが実質的に解放されたときこれに連動して電動発電機の回生力を抑制するための操作スイッチを設けたことを特徴とする。

すなわち運転席に、たとえばダッシュボードに、あるいは変速レバー、もしくはステアリング・ホイール、その他に、運転者が指先で操作することができる操作スイッチを設けておき、この操作スイッチが操作により有効化されている状態では、運転者がアクセル・ペダルから足を離しても、ハイブリッド機関の回生力を抑制するように設定することができる。このハイブリッド機関が回生力抑制モードでは、アクセル・ペダルを解放することにより、例えば機関は単純にいわゆる内燃機関のみのエンジン・ブレーキの状態になる。このとき、車両はゆるやかに減速することになり、車両が減速することはなくなる。この操作スイッチは運転者が、その操作スイッチから手をはなしても一定の条件で（例、つぎにアクセル・ペダルが踏まれるまで）継続して有効であるように設定することができる。運転者が手を離したら自動的に無効になる（つまり回生制動モードに入ることを許容する状態になる）ように設定することもできる。また、運転者が手を離したら、再度なんらかの取り消し操作（例、再度操作する）を行うことにより無効になるように設定することもできる。

前記操作スイッチが前記回生力を抑制する状態であっても、車速が設定された条件を越えて増大するときには、前記操作スイッチの操作状態にかかわらず、自動的かつ強制的に前記電動発電機を通常の回生力に戻す制御手段を備えた構成とすることができる。

前記車速が設定された条件を越えて増大することを車速の時間微分値により判定することもできる。

前記操作スイッチは運転者が通常の運転姿勢で操作することができる位置（例、変速レバー、操舵輪もしくはその近辺、左足位置、など）に設けることができる。

前記操作スイッチが有効な状態にあることを表示する手段を運転者の見やすい位置に表示灯を設ける構成とすることができる。

前記操作スイッチは、操作状態（有効状態）にあるとき、アクセル・ペダルもしくはブレーキ・ペダルが設定値を越えて踏み込まれることにより、あるいは変速レバーが操作されることにより、通常の回生力に戻す手段を設けることができる。

前記操作スイッチは、操作状態にあるときにタイマによりこれを自動的に復旧させる手段を設ける構成とすることができる。すなわち回生力が抑制された状態が継続するとき、これを設定されたタイマによりその抑制状態を自動的に解除させる構成とすることができる。

本発明により、車両を緩やかに減速させたい、あるいは車両速度を維持させてほとんど惰性で走行させたい、というような運転者の意思があるときに、ハイブリッド装置が運転者の意思いかんにかかわらず自動的に電気制動の状態に転換されてしまうことを回避することができる。これにより多数の車両が縦列に流れに沿って走行しているときに、円滑な走行を可能にする効果がある。

なお、本発明によりハイブリッド車両について、一時的に回生制動を抑制するように構成しても、その直後には内燃機関により、または走行惰性により、車両はほぼ一定の速度で走行を続けることになるから、本発明を実施することと引き換えに、走行エネルギを大きく失うことにはならない。

図１は本発明実施例装置について、ハイブリッド動力装置を説明するためのブロック構成図である。内燃機関１は車両の主動力機関であり、この例ではディーゼル機関である。このディーゼル機関1の出力軸には三相交流形の電動発電機２の回転軸の一端が固定的に連結されている。この電動発電機２の回転軸の他端には、クラッチ３を介して変速機５の入力軸が連結される。変速機５の出力軸は図外で差動歯車を介して駆動車軸に連結される。電動発電機２の固定子電気巻線にはインバータ４から三相交流が供給される。この三相交流により回転軸まわりに回転磁界が発生される。インバータ４には電池９から直流電流が供給される。

インバータ４から電動発電機２に供給される三相交流の位相回転速度（すなわち周波数）は、プログラム制御手段１０により制御される。この三相交流の位相回転速度が電動発電機２の機械的な回転速度より大きくなると、電動発電機２は電動機として作用し、内燃機関１の出力回転軸に補助的な回転加速度を与える。この三相交流の位相回転速度が電動発電機２の機械的な回転速度より小さくなると、電動発電機２は発電機として作用し、クラッチ３および変速機５を介してこの車両の駆動車軸（図外）に対して制動力を発生する。電動発電機２が発電機として作用しているときには、車両を運転する運転者は、いわゆるエンジン・ブレーキが作用しているときと同等の感覚を認識する。このとき電動発電機２から発生する交流電流は、インバータ４により直流電流に変換されて電池９を充電する。この電池９から供給される電流はインバータ４を介して電動発電機２を駆動することにより、前記制動力により発生したエネルギは、車両の駆動動力として回生されることになる。

ここで本発明の特徴とするところは、運転操作により、このハイブリッド制御による通常の回生力による制動制御を一時的に抑制することができるように構成したところにある。これを図２にフローチャートにより示す。

すなわちアクセル踏込量が零（アクセル・ペダル解放）の状態になったとき、電動発電機が回生制動モードに入って通常の目標減速度を実現する回生制動力を発揮することを禁止する回生力抑制スイッチ２１を設け、このスイッチ２１がオンになっている場合は、プログラム制御手段１０が回生制動の条件下にあるときでも、回生制動力を減少（制動の禁止または制動力が弱い回生制動）させるように設定した。すなわち回生力抑制スイッチ２１が操作されると、回生制動モード無効化制御手段２０が有効になり、プログラム制御手段１０は回生制動を禁止もくしは弱い回生制動状態に制御する。この回生力抑制スイッチ２１は、一例として図３に示すように運転席のダッシュボードに設置した。しかし、この回生力抑制スイッチ２１は、ダッシュボード以外の位置、例示すると、操舵輪の軸まわり、操舵輪、運転者左足付近の床上、その他運転者が運転操作中に簡単に操作することができる適当な位置に設置することができる。

この回生力抑制スイッチ２１は操作により復旧させることができる。たとえばこのスイッチ２１を再度押下することにより、回生制動モード無効化制御手段２０の動作を禁止して、回生制動モードを復旧させることができる。しかし、この車両のハイブリッド制御が回生制動モードを必要としない状況になったときには、たとえば車両が加速状態になり補助加速モード（電動機モード）に転換したときには、運転者がとくに操作しなくとも自動的に復旧するように構成した。したがって、本発明の装置を装備した車両が路上を走行中である場合に、繰り返して回生制動モードを抑制することが必要であるときには、一回の回生制動毎に、この回生力抑制スイッチ２１を操作することになる。

この回生力抑制スイッチ２１が継続的に「オン」の状態にあることは、回生制動により生じるエネルギを有効に活用するうえからは望ましいことではない。しかし、ハイブリッド機関が自動的に回生制動モードに入ることを繰り返し抑止することが必要である車両用途については、何らかの条件を設定して、繰り返し抑止を操作することが必要ないように設定することもできる。例えば、タイマにより一定時間経過後には、通常の制御モードに復旧させることができるようにしてよい。また、運転操作によって、スイッチによる回生力抑制モードを解除させることもできる。例えば、アクセル・ペダルを大きく踏み込んだ場合や、ブレーキ・ペダルを大きく踏んだ場合、あるいは変速レバーが操作された場合には、回生力抑制スイッチ２１の「オン」を「オフ」状態に自動的に復旧することがよい。平坦路からカーブの多い下り坂に入るような場合には、運転者のブレーキ操作により自動的にスイッチが解除するようにすれば、運転者が運転操作でスイッチをオフにすることができるため、別途スイッチをオフにする操作を必要とすることがなくなり、そのために運転者の注意がとられることがなくなる。

また、回生力抑制スイッチ２１が「オン」の状態にあるときでも、下り坂を走行して車速が増大していくような状況では、自動的に車両が減速するように通常の回生制動力を発揮するように制御する。下り坂を走行して加速していく状況（加速度αが負の状態）では、運転者が回生力抑制スイッチ２１を「オン」の状態にしたままとしても、通常の回生制動を行って車両を減速し、回生した電気エネルギを充電して有効利用することがハイブリッド車の本来の目的であるから、車速が増大していくような状態では、回生力抑制スイッチ２１の状態にかかわらず、通常の回生制動モードにすることがよい。

この条件の判定としては、車両の加速度を検出して判断することがよく、加速度は、車速の微分値あるいは車両に設置された加速度センサからの出力を用いればよい。

図２のフローチャートに戻って全体の流れを説明する。アクセル・ペダルが解放されて回生制動モードに入り、あるいはリターダが操作されたなど、回生制動の条件が成立した場合でも、下り坂で加速されて車速が上昇する場合（加速度α＞０）は、上述のように回生力抑制スイッチ２１が操作されているかにかかわらず、従来とおりの減速度のマップを用いて従来どおりの回生制動を実行する。下り坂等で車速が加速される場合は減速力が足らないのでより減速力を大きくする必要があり、当然に従来どおりの回生制動が必要であるからである。

次に、アクセル・ペダルが解放されても回生力抑制スイッチ２１がオンでない場合は、また、当然従来どおりの制御となり、従来どおりの目標減速度のマップを用いて回生制動制御を行う。

アクセル・ペダルが解放され、車速が加速しておらず、回生力抑制スイッチ２１がオンになっているときは、回生制動をしないまたは減少させる制御が行われる。この場合、減速度が零、すなわち回生制動を実質的にしない制御あるいは、減速度が小さい（制動力が弱い）マップによる制御を行う。

なお、上述のように、アクセル・ペダルを離した都度スイッチを操作するようにしてもよいし、また継続的にスイッチを操作しておき、タイマ、あるいは他の運転操作によりスイッチを解除するようにしてもよい。

これにより、減速による再加速を必要としないので、燃料消費を抑制することが可能である。

図４は本発明実施例装置の平坦路面による試験結果を説明する図である。この図は多数の試験結果から、代表的な分かりやすい結果を選択して表示したものである。図４の横軸は時間の経過を示し、縦軸は試験車両の車速を示す。点Ｐを基点に車両を加速させ、点Ｑから車両を減速させるように運転操作するときの様子を示す。実線で表示する曲線は従来例ハイブリッド車両による車速記録である。すなわち加速された車両の運転者は（Ａ）でアクセル・ペダルを解放した。そうすると従来例のハイブリッド自動車は回生制動モードに切り替わり、車速が急に減速されることになる。このため運転者は（Ｂ）で再度加速のためにアクセル・ペダルを踏む。車両は加速されるので、運転者は（Ｃ）で再びアクセル・ペダルを解放する。これにより、車両は回生制動モードになって車両は減速される。そして運転者は（Ｄ）でブレーキ・ペダルを踏み車両を停止させることを示す。図４に実線で示す従来例装置では、回生制動モードと加速モードとが繰り返されることになる。

図４に破線で示す本発明実施例に着目すると、点Ｐから点Ｑまでの加速は従来例装置と同様であり、点Ｑの時点で上で説明した回生力抑制スイッチ２１を操作したうえで、同様にアクセル・ペダルを解放する。そうするとハイブリッド自動車の回生制動モードは起動することなく、内燃機関によるエンジン・ブレーキの状態になる。このときの本発明実施例車両の車速を図４に破線により表示する。すなわち区間（Ａ）および区間（Ｂ）では減速は緩やかに実行され、これはエンジン・ブレーキによる目標車両（例、前走車）と同等の減速曲線となる。そして区間（Ｄ）でブレーキ・ペダルを踏み車両を停止させた状況を示す。

図５に本発明実施例装置の下り坂路面または目標車速が一定の場合の試験結果を説明する図である。同じく横軸に時間の経過をとり、縦軸に車速を表示する。区間（Ｅ）で、ハイブリッド車両である試験車両が下り坂路面に入り、運転者は目標とする前方を走行する車両（前走車）に車速を合わせるように、アクセル・ペダルを解放するように操作を実行する。そうすると実線で示す従来例のハイブリッド車両はただちに回生制動モードになり、先行車両と同等の速度で走行しようとする運転者の意思に反して減速されてしまう。運転者は先行車両との車間距離が大きくなることにより、区間（Ｆ）でアクセル・ペダルを踏む。これにより車両は加速し先行車両と等速度になると、区間（Ｇ）で再びアクセル・ペダルを解放するように操作する。車間距離が大きくなることにより、区間（Ｈ）で再びアクセル・ペダルを踏む、という操作が繰り返されて、前走車との車間距離を一定に保ちながら滑らかに走行することができない。

これに対して、本発明実施例車両では、回生力抑制スイッチ２１を操作することにより、一時的に回生力を抑制して、エンジン・ブレーキの状態で走行することができる。これにより、先行車両と同等の車速で等しい車間距離を保ちながら走行を続けることができる。また、同様に、回生力抑制スイッチ２１を用いることで、下り坂路面ではなく、平坦路で減速を要求せずに目標車速が一定で走行しようとする場合でも、アクセル・ペダルを解放して減速しすぎてしまうことを防止することができる。

本発明により一時的に回生制動を抑制しても、内燃機関によりまたは惰性により、車両はほぼ一定の速度で走行をつづけることになるから、走行エネルギを大きく失うことにはならない。本発明の装置では、運転者の判断によりこのような制御を実行することができるから、運転者がアクセル・ペダルから足を離した直後に車両速度が急に低下して、多数の車両がつづいて等速度で走行している路面上で、後続車両に予期せぬ不安を与えるようなことがなくなる優れた効果がある。

本発明は、積み荷の状況により全体の車両重量が大きく変動する大型の貨物車両に実施して有効であるとして発明されたものであるが、乗用車両その他中型あるいは小型の車両についても同様に実施することができる。

本発明実施例装置のブロック構成図。 本発明実施例装置の要部動作フローチャート。 本発明実施例装置の発電機モード禁止スイッチの設置例を説明する図。 車速変化を説明する図（平坦路面の場合）。 車速変化を説明する図（下り坂路面または目標車速が一定の時の場合）。

符号の説明

１ 内燃機関
２ 電動発電機
３ クラッチ
４ インバータ
５ 変速機
６ ギヤ位置センサ
７ 回転センサ
８ 車速センサ
９ 電池
１０ プログラム制御手段
１１ インタフェース回路
１２ アクセル・ペダル
１３ アクセル・センサ
１４ 燃料噴射ポンプ
１５ 電子ガバナ
１６ 充電量検出手段
１７ 電流検出手段
１８ ＤＣ−ＤＣコンバータ
１９ コンデンサ
２０ 回生制動モードの無効化制御手段
２１ 回生力抑制スイッチ

Claims (7)

1. 内燃機関と、電動発電機と、アクセル・ペダルの操作量および車速を含む入力情報にしたがって前記電動発電機を電動機モードもしくは発電機モードに転換制御する制御手段とを備えたハイブリッド自動車において、
   前記制御手段に、アクセル・ペダルが解放されたときこれに連動して電動発電機の回生力を抑制するための操作スイッチを設けたことを特徴とするハイブリッド自動車。
2. 前記操作スイッチが前記回生力を抑制する状態にあっても、前記アクセル・ペダルが解放された後に車速が設定された条件を越えて増大するときには、前記操作スイッチの操作状態にかかわらず前記電動発電機を通常の回生力に戻す制御手段を備えた請求項１記載のハイブリッド自動車。
3. 前記車速が設定された条件を越えて増大することを車速の時間微分値により判定する手段を備えた請求項２記載のハイブリッド自動車。
4. 前記操作スイッチは運転者が通常の運転姿勢で操作することができる位置に設けられた請求項１記載のハイブリッド自動車。
5. 前記操作スイッチが有効な状態にあることを表示する手段を設けた請求項１または４記載のハイブリッド自動車。
6. 前記操作スイッチは、操作状態にあるとき、アクセル・ペダルもしくはブレーキ・ペダルが設定値を越えて踏み込まれることにより、あるいは変速レバーが操作されることにより、通常の回生力に戻す手段を設けた請求項１記載のハイブリッド自動車。
7. 前記操作スイッチは、操作状態にあるときにタイマにより通常の回生力に戻す手段を設けた請求項１記載のハイブリッド自動車。

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