JP2015182572A - ハイブリッド車両における路面勾配推定方法及びハイブリッド車両 - Google Patents

Abstract

【課題】内燃機関と電動発電機を備え、電動発電機で車両減速の回生制動力を得ることが可能なハイブリッド車両において、加速度計や傾斜計等の勾配センサを使用することなく、車両走行用として既に備えられている機器で得られるデータを使用して、新たな装置及びこの装置に係るコストの増加無しで、車両減速及び車両停止の際に、路面勾配を精度よく推定することができるハイブリッド車両における路面勾配推定方法及びハイブリッド車両を提供する。【解決手段】ハイブリッド車両の減速時又は停車の際に、電動発電機の回生制動力Ｔｍと常用ブレーキのブレーキ制動力Ｔｂと車速Ｖと車重Ｗとから、平地における標準減速度αｓを算出し、この標準減速度αｓと、実際に検出された減速度αｍとを比較して、ハイブリッド車両の減速時又は停車の際の路面勾配βを算出する。【選択図】図３

Description

本発明は、内燃機関と電動発電機を備え、電動発電機で車両減速の回生制動力を得ることが可能なハイブリッド車両における路面勾配推定方法及びハイブリッド車両に関する。

内燃機関と電動発電機を備え、電動発電機でアシスト可能なハイブリッド車両では、内燃機関のみを動力源として走行するエンジン単独走行、電動発電機のみを動力源として力行走行するモータ単独走行、内燃機関と電動発電機の両方を動力源として走行するアシスト走行、ハイブリッド車両の回生制動力の回生エネルギーを利用して電動発電機で発電するモータ回生走行等の走行形態がある。

一方、トラックやバス等の大型車両では、路面勾配を考慮して車両走行時や車両発進時などを行うことが提案されている。例えば、クラッチを介して駆動輪へ動力伝達可能に連結されたエンジンと、クラッチを介さずに駆動輪へ動力伝達可能に連結された電動機と、エンジン及び電動機から入力される動力を駆動輪へ伝達するための走行段及び動力を非伝達とするための中立段を変速段として有するトランスミッションとを備えたハイブリッド車両の発進制御装置で、車両が停車状態にあると判定されると、発進要求が検出されるまでの間、エンジンを停止させたままクラッチを切断状態とするとともにトランスミッションの変速段を走行段に保持し、その後、路面勾配に応じた大きさのトルクで電動機を駆動して発進するハイブリッド車両の発進制御装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

しかしながら、勾配センサや加速度センサ（Ｇセンサ）等を用いる、従来技術の勾配検出方法においては、車両停車中は、車両の加速や減速や振動の影響が無いので、精度よく路面勾配を検出することができるが、車両停止前などの車両走行中では、車両の振動や車両における荷の搭載量や位置などの変化による重心位置の変化(車両自体の傾斜）の影響を受けるので、必ずしも精度よく路面勾配を検出することができないという問題がある。

また、車両を走行させながら高い精度で道路勾配を計測するものとして、ジャイロセンサを用いて検出した、車両の走行中のピッチ角と、車両の前後方向に位置を異ならせた複数箇所で、車両の車体と路面との距離を検出して得た車両傾き角との偏差に基づいて、走行中の道路勾配を検出する道路勾配計測方法が提案されている（例えば、特許文献２参照）。

しかしながら、この道路勾配計測方法においても、車両の振動や車両における荷の搭載量や位置などの変化による重心位置の変化(車両自体の傾斜）やタイヤの空気圧やサスペンションの状態等の影響がある上に、車両走行用として既に備えられている機器以外に、ジャイロセンサが必要になり、コストが増加するという問題がある。

特開２００７−１９６７６５号公報 特開２００９−２７６１０９号公報

本発明は、上記のことを鑑みてなされたものであり、その目的は、内燃機関と電動発電機を備え、電動発電機で車両減速の回生制動力を得ることが可能なハイブリッド車両において、加速度計や傾斜計等の勾配センサを使用することなく、車両走行用として既に備えられている機器で得られるデータを使用して、新たな装置及びこの装置に係るコストの増加無しで、車両減速及び車両停止の際に、路面勾配を精度よく推定することができるハイブリッド車両における路面勾配推定方法及びハイブリッド車両を提供することにある。

上記の目的を達成するための本発明のハイブリッド車両における路面勾配推定方法は、内燃機関と電動発電機を備え、該電動発電機で車両減速の回生制動力を得ることが可能なハイブリッド車両における路面勾配推定方法において、当該ハイブリッド車両の減速又は停車の際に、前記内燃機関の駆動力の車輪への伝達を切り離した状態にして、この状態における前記電動発電機の回生制動力と常用ブレーキのブレーキ制動力と車速と車重とから、平地における標準減速度を算出し、この標準減速度と、実際に検出された減速度とを比較して、当該ハイブリッド車両の減速又は停車の際の路面勾配を算出することを特徴とする方法である。

上記の目的を達成するための本発明のハイブリッド車両は、内燃機関と電動発電機を備え、該電動発電機で車両減速の回生制動力を得ることが可能なハイブリッド車両において、当該ハイブリッド車両を制御する制御装置が、当該ハイブリッド車両の車速を検出する車速検出手段と、当該ハイブリッド車両の車重を検出する車重検出手段と、当該ハイブリッド車両の減速又は停車の際に、減速度を検出する減速度検出手段と、前記電動発電機の回生制動力を検出する回生制動力検出手段と、常用ブレーキのブレーキ制動力を検出するブレーキ制動力検出手段と、当該ハイブリッド車両の減速又は停車の際に、前記内燃機関の駆動力の車輪への伝達を切り離した状態で、この状態における回生制動力とブレーキ制動力と車速と車重とから、平地における標準減速度を算出する標準減速度算出手段と、前記標準減速度算出手段で算出された標準減速度と、減速度検出手段で検出された減速度とを比較して、当該ハイブリッド車両の減速又は停車の際の路面勾配を推定する路面勾配推定手段を備えて構成される。

本発明のハイブリッド車両における路面勾配推定方法及びハイブリッド車両によれば、加速度計や傾斜計等の勾配センサを使用することなく、車両走行用として既に備えられている機器で得られるデータを使用して、新たな装置及びこの装置に係るコストの増加無しで、車両減速及び車両停止の際に、車両の制動力として、電動発電機の回生制動力と常用ブレーキのブレーキ制動力を用いて制動するので、回生制動力は電動発電機で発生する電力の電流値等から、また、ブレーキ制動力はブレーキに使用する油の油圧などから、エンジンブレーキなどによる制動力よりも精度よく検出できるので、路面勾配を精度よく推定することができる。

本発明に係る実施の形態のハイブリッド車両の構成を模式的に示した図で、電動発電機の回生制動力を車輪に伝達している状態を示す図である。 本発明に係る実施の形態のハイブリッド車両の制御装置の構成を示す図である。 本発明に係る実施の形態のハイブリッド車両の路面勾配推定方法の制御フローの一例を示す図である。

以下、本発明に係る実施の形態のハイブリッド車両における路面勾配推定方法及びハイブリッド車両について、図面を参照しながら説明する。図１に示すように、この実施の形態のハイブリッド車両（ＨＥＶ）１は、エンジン（内燃機関）１０と電動発電機（走行用電動機兼発電機）２０と変速機３０を備え、エンジン１０の動力と電動発電機２０の動力を変速機３０を介して車輪３４に伝達する車両であり、エンジン１０と電動発電機２０の両方を走行用の動力源とすることができる車両である。

なお、ここでは、図１のパラレル型ハイブリッド車両を例にして説明するが、必ずしもパラレル型ハイブリッド車両でなくてもよく、エンジン１０と電動発電機２０を備え、電動発電機２０で車両減速の制動力Ｔｍを得ることが可能なハイブリッド車両であればよい。

図１に示すように、このエンジン１０の動力は、エンジン１０に接続するトルクコンバータ１３、接続状態のエンジン走行用クラッチ１４と変速機３０とプロペラシャフト３１を介して差動装置（デファレンシャルギア）３２に伝達され、更に、車軸３３を介して車輪３４に伝達される。

一方、電動発電機２０の動力は、バッテリ２２に充電（蓄電）された電力がインバータ２１を介して電動発電機２０に供給されることで発生し、この動力は、接続状態のモータ走行用クラッチ２３と変速機３０とプロペラシャフト３１を介して差動装置３２に伝達され、更に、車軸３３を介して車輪３４に伝達される。

これらにより、エンジン１０の動力と電動発電機２０の動力の一方又は両方が変速機３０を介して、車輪３４に伝達され、ハイブリッド車両１が走行する。

この図１の構成では、エンジン走行用クラッチ１４の接続及び断絶の切り替えにより、エンジン１０の動力の車輪３４への伝達と遮断を行い、また、モータ走行用クラッチ２３の接続及び断絶の切り替えにより、電動発電機２０の動力の車輪３４への伝達と遮断を行うが、エンジン１０の動力又は電動発電機２０の動力の伝達と遮断を適宜切り替えることができればよく、必ずしも、エンジン走行用クラッチ１４又はモータ走行用クラッチ２３を設けなくてもよい。

そして、エンジン１０と電動発電機２０と変速機３０を備えたハイブリッドシステム２、及び、ハイブリッド車両１の制御を行うための制御装置４０が設けられ、この制御装置４０により、エンジン１０の全般の制御、インバータ２１による電動発電機２０の全般の制御、エンジン走行用クラッチ１４の断接制御とモータ走行用クラッチ２３の断接制御を含むハイブリッドシステム２の全般の制御を含むハイブリッド車両１の全般の制御等々を行う。

また、このハイブリッドシステム２を搭載するハイブリッド車両１を制御する制御装置４０は、図２に示すように、車速検出手段４０ａ、車重検出手段４０ｂ、減速度検出手段４０ｃ、回生制動力検出手段４０ｄ、ブレーキ制動力検出手段４０ｅ、標準減速度算出手段４０ｆ、路面勾配推定手段４０ｇを備えて構成される。

この車速検出手段４０ａは、ハイブリッド車両１の車速Ｖを検出する手段であり、通常の車両に備えられている車速センサ等で構成されるものである。車重検出手段４０ｂは、ハイブリッド車両１の車重Ｗを検出する手段である。この車重Ｗの検出方法としては、車両駆動源の作動状態と車速変化とに基づいて車重を計算し、この計算した複数回の車重データに基づいて車重の度数分布を作成し、この度数分布に基づいて定期的に車重を推定し、推定値を更新する車重推定装置で提案されている（特開２００９−１６８７１５号公報）方法等周知の技術を用いて車重を検出する。

また、減速度検出手段４０ｃは、ハイブリッド車両１の減速又は停車の際に、減速度αｍを検出する手段である。この減速度αｍは、車速検出手段４０ａで検出した車速Ｖを時間微分して得られる。つまり、αｍ＝−ｄＶ／ｄｔとして減速度αｍを検出できる。

そして、回生制動力検出手段４０ｄは、電動発電機２０の回生制動力Ｔｍを、回生制動力Ｔｍは電動発電機２０で発生する電力の電流値等から検出する手段であり、ブレーキ制動力検出手段４０ｅは、ドラムブレーキやディスクブレーキなどで構成されるフットブレーキとも呼ばれる常用ブレーキのブレーキ制動力Ｔｂを、ブレーキで使用する油の油圧や空気の空気圧などから検出する手段である。

また、標準減速度算出手段４０ｆは、ハイブリッド車両１の減速又は停車の際に、エンジン１０の駆動力Ｑｅの車輪３４への伝達を切り離した状態で、この状態における回生制動力Ｔｍとブレーキ制動力Ｔｂと車速Ｖと車重Ｗとから、平地における標準減速度αｓを算出する手段である。

車速Ｖが分かると走行抵抗Ｒｔ（Ｖ）を算出でき、車両の制動力Ｔｔを回生制動力Ｔｍとブレーキ制動力Ｔｂとしているので、「αｓ＝（Ｔｔ＋Ｒｔ（Ｖ））／Ｗ」から容易に平地における標準減速度αｓを算出することができる。

また、路面勾配推定手段４０ｇは、標準減速度算出手段４０ｆで算出された標準減速度αｓと、減速度検出手段４０ｃで検出された実際の減速度αｍとを比較して、ハイブリッド車両１の減速又は停車の際の路面勾配βを推定する手段である。

この標準減速度αｓと実際の減速度αｍから路面勾配βを推定する方法としては、例えば、標準減速度αｓに対する実際の減速度αｍの比率Ｒｍｓ（＝αｍ／αｓ）を算出し、比率Ｒｍｓが１．０であれば平地であると推定し、比率Ｒｍｓが１．０より大きければ下り坂であると推定し、比率Ｒｍｓが１．０より小さければ上り坂であると推定する。

更に、予め、実験や計算などにより、比率Ｒｍｓと路面勾配βとの関係を算定しておき、マップデータや関数としておくことで、容易に路面勾配βの角度まで推定することができる。

次に、本発明の実施の形態のハイブリッド車両における路面勾配推定方法について、図３の制御フローを参照しながら説明する。この図３の制御フローは、ハイブリッド車両１の運転が開始され、ハイブリッド車両１が減速又は停車する際で、しかも、路面勾配の推定が必要であると判定された際に、上級の制御フローから呼ばれて、図３の制御フローが実施されると上級の制御フローに戻ることを繰り返し行い、ハイブリッド車両１の運転が停止されると、上級の制御フローと共に終了する制御フローとして示している。

この図３の制御フローが開始されると、ステップＳ１１で、エンジン１０の駆動力Ｑｅの車輪３４への伝達が切り離された状態にあるか否かを判定する。このステップＳ１１の判定で、切り離された状態でない場合は（ＮＯ）、ステップＳ１２で、エンジン走行用クラッチ１４を断絶にして、エンジン１０の駆動力Ｑｅの車輪３４への伝達を切り離した状態にしてから、ステップＳ１３に行く。また、ステップＳ１１で、切り離された状態にある場合は（ＹＥＳ）、そのまま、ステップＳ１３に行く。

ステップＳ１３では、電動発電機２０の回生制動力Ｔｍ、常用ブレーキのブレーキ制動力Ｔｂ、車速Ｖ、車重Ｗを入力する。次のステップＳ１４では、車速Ｖを時間微分して、実際に検出された減速度αｍとする。次のステップＳ１５では、回生制動力Ｔｍとブレーキ制動力Ｔｂと車速Ｖと車重Ｗとから、平地における標準減速度αｓを算出する。

そして、次のステップＳ１６で、標準減速度αｓと、実際に検出された減速度αｍとを比較して、ハイブリッド車両１の減速又は停車の際の路面勾配βを推定し、路面勾配βのデータを必要とする場所に出力する。

その後、リターンに行き、上級の制御フローに戻る。なお、図３の制御フローの途中でハイブリッド車両１の運転が停止されると、割り込みによりリターンに行って上級の制御フローに戻り、上級の制御フローと共に終了する。

この図３の制御フローに従った制御によれば、エンジン１０と電動発電機２０を備え、この電動発電機２０で車両減速の回生制動力Ｔｍを得ることが可能なハイブリッド車両１における路面勾配推定方法において、ハイブリッド車両１の減速又は停車の際に、エンジン１０の駆動力Ｑｅの車輪３４への伝達を切り離した状態にして、この状態における電動発電機２０の回生制動力Ｔｍと常用ブレーキのブレーキ制動力Ｔｂと車速Ｖと車重Ｗとから、平地における標準減速度αｓを算出し、この標準減速度αｓと、実際に検出された減速度αｍとを比較して、ハイブリッド車両１の減速又は停車の際の路面勾配βを算出することができる。

従って、上記の構成のハイブリッド車両における路面勾配推定方法及びハイブリッド車両１によれば、加速度計や傾斜計等の勾配センサを使用することなく、車両走行用として既に備えられている機器で得られるデータを使用して、新たな装置及びこの装置に係るコストの増加無しで、車両減速及び車両停止の際に、ハイブリッド車両１の制動力Ｔｔとして、電動発電機２０の回生制動力Ｔｍと常用ブレーキのブレーキ制動力Ｔｂを用いて制動するので、回生制動力Ｔｍは電動発電機２０で発生する電力の電流値等から、また、ブレーキ制動力Ｔｂはブレーキに使用する油の油圧などから、エンジンブレーキなどによる制動力よりも精度よく検出できるので、路面勾配βを精度よく推定することができる。

１ ハイブリッド車両（ＨＥＶ）
２ ハイブリッドシステム
１０ エンジン（内燃機関）
１３ トルクコンバータ
１４ エンジン走行用クラッチ
２０ 電動発電機（走行用電動機兼発電機）
２１ インバータ
２２ バッテリ
２３ モータ走行用クラッチ
３０ 変速機
３１ プロペラシャフト
３２ 差動装置（デファレンシャルギア）
３３ 車軸
３４ 車輪
４０ 制御装置
４０ａ 車速検出手段
４０ｂ 車重検出手段
４０ｃ 減速度検出手段
４０ｄ 回生制動力検出手段
４０ｅ ブレーキ制動力検出手段
４０ｆ 標準減速度算出手段
４０ｇ 路面勾配推定手段
Ｑｅ エンジンの駆動力
Ｔｂ 常用ブレーキのブレーキ制動力
Ｔｍ 電動発電機の回生制動力
Ｔｔ ハイブリッド車両の制動力
αｍ 実際に検出された減速度
αｓ 標準減速度
β 路面勾配

Claims (2)

1. 内燃機関と電動発電機を備え、該電動発電機で車両減速の回生制動力を得ることが可能なハイブリッド車両における路面勾配推定方法において、
   当該ハイブリッド車両の減速又は停車の際に、前記内燃機関の駆動力の車輪への伝達を切り離した状態にして、この状態における前記電動発電機の回生制動力と常用ブレーキのブレーキ制動力と車速と車重とから、平地における標準減速度を算出し、この標準減速度と、実際に検出された減速度とを比較して、当該ハイブリッド車両の減速又は停車の際の路面勾配を算出することを特徴とするハイブリッド車両における路面勾配推定方法。
2. 内燃機関と電動発電機を備え、該電動発電機で車両減速の回生制動力を得ることが可能なハイブリッド車両において、
   当該ハイブリッド車両を制御する制御装置が、
   当該ハイブリッド車両の車速を検出する車速検出手段と、
   当該ハイブリッド車両の車重を検出する車重検出手段と、
   当該ハイブリッド車両の減速又は停車の際に、減速度を検出する減速度検出手段と、
   前記電動発電機の回生制動力を検出する回生制動力検出手段と、
   常用ブレーキのブレーキ制動力を検出するブレーキ制動力検出手段と、
   当該ハイブリッド車両の減速又は停車の際に、前記内燃機関の駆動力の車輪への伝達を切り離した状態で、この状態における回生制動力とブレーキ制動力と車速と車重とから、平地における標準減速度を算出する標準減速度算出手段と、
   前記標準減速度算出手段で算出された標準減速度と、減速度検出手段で検出された減速度とを比較して、当該ハイブリッド車両の減速又は停車の際の路面勾配を推定する路面勾配推定手段を備えて構成されることを特徴とするハイブリッド車両。

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