JP2017052379A - ハイブリッド車両及びその制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】従来よりも高速走行時における回生効率を向上でき、既存の非ハイブリッド車両からハイブリッド車両への転用が容易であり、燃費を向上することができるハイブリッド車両及びその制御方法を提供する。【解決手段】ハイブリッド車両は、プロペラシャフト２５とモータージェネレーター３３の回転軸３２とを、該モータージェネレーターの回転軸を入力軸とし且つ該プロペラシャフトを出力軸とする減速機構３０を介して接続し、制御装置８０は、ハイブリッド車両のブレーキペダル１５１が踏み込まれている状態でハイブリッド車両のクラッチペダル１５０が踏み込まれたとの条件が満たされた場合、モータージェネレーターに回生発電を実行させる制御処理を実行することを特徴とする。【選択図】図２

Description

本発明はハイブリッド車両及びその制御方法に関し、更に詳しくは、高速走行時における回生効率を向上でき、既存の非ハイブリッド車両からハイブリッド車両への転用が容易であるとともに、燃費を向上できるハイブリッド車両及びその制御方法に関する。

近年、燃費向上及び環境対策などの観点から、車両の運転状態に応じて複合的に制御されるエンジン及びモータージェネレーターを有するハイブリッドシステムを備えたハイブリッド車両（以下「ＨＥＶ」という）が注目されている。このＨＥＶにおいては、車両の加速時や発進時には、モータージェネレーターによる駆動力のアシストが行われる一方で、慣性走行時や制動時にはモータージェネレーターによる回生発電が行われる（例えば、特許文献１を参照）。

また、近年では、変速操作をマニュアルで行うマニュアルトランスミッションを備える車両において、上述したようなハイブリッドシステムを適用することも行われている。

上記のようなマニュアルトランスミッションを有する車両にハイブリッドシステムを適用したＨＥＶにおいて、モータージェネレーターは、通常はマニュアルトランスミッションのエンジン側から車両の駆動系に接続される。そのため、ＨＥＶの高速走行中（例えば、５０〜９０ｋｍ／ｈ）に慣性走行状態になった時は、トランスミッションは高速段に変速されているので、この高速段のギアを介して動力が伝達されて、モータージェネレーターにおける回生制動トルクが小さくなり、発電の高効率点から外れてしまう。そのため、回生発電の効率を向上することが困難であるという問題があった。

また、このＨＥＶでは、モータージェネレーターを配置するために既存のエンジンのみの車両（すなわちハイブリッドシステムを備えていない非ハイブリッド車両）のパワートレインコンポ−ネントのレイアウトの大幅な変更等が必要となるため、既存の非ハイブリッド車両をＨＥＶ化して転用することが容易ではないという問題もあった。

また、上述したＨＥＶでは、ブレーキペダルが踏み込まれた場合に、モータージェネレーターによる回生発電が実行されるが、この状態で、マニュアルトランスミッションの変速操作のためにクラッチペダルが踏み込まれた場合、モータージェネレーターによる回生発電は停止されていた。これは、モータージェネレーターがマニュアルトランスミッションのエンジン側から車両の駆動系に接続されているため、クラッチペダルが踏み込まれた場合に、マニュアルトランスミッションとモータージェネレーターとの間で同期させることが困難になることに鑑みて、このようにクラッチペダルが踏み込まれた場合にモータージェネレーターによる回生発電を停止していたものである。このようなＨＥＶの燃費は十分に良好とはいえなかった。

特開２００２−２３８１０５号公報

本発明の目的は、従来よりも高速走行時における回生効率を向上でき、既存の非ハイブリッド車両からハイブリッド車両への転用が容易であり、燃費を向上することができるハ
イブリッド車両及びその制御方法を提供することにある。

上記の目的を達成する本発明のハイブリッド車両は、ディーゼルエンジン及びモータージェネレーターを有するハイブリッドシステムと、前記ディーゼルエンジンに接続されたマニュアルトランスミッションと、前記マニュアルトランスミッションと車輪を駆動するデファレンシャルとを連結するプロペラシャフトと、前記モータージェネレーターを制御する制御装置と、を備えたハイブリッド車両において、前記プロペラシャフトと前記モータージェネレーターの回転軸とを、該モータージェネレーターの該回転軸を入力軸とし且つ該プロペラシャフトを出力軸とする減速機構を介して接続し、前記制御装置は、前記ハイブリッド車両のブレーキペダルが踏み込まれている状態で前記ハイブリッド車両のクラッチペダルが踏み込まれたとの条件が満たされた場合、前記モータージェネレーターに回生発電を実行させる制御処理を実行することを特徴とする。

本発明に係るハイブリッド車両によれば、プロペラシャフトとモータージェネレーターの回転軸とを、該モータージェネレーターの該回転軸を入力軸とし且つ該プロペラシャフトを出力軸とする減速機構を介して接続しているので、高速走行時における回生効率を向上することができる。また、既存の非ハイブリッド車両からハイブリッド車両への転用を容易にすることができる。

また、ハイブリッド車両のブレーキペダルが踏み込まれている状態でハイブリッド車両のクラッチペダルが踏み込まれたとの条件が満たされた場合にモータージェネレーターによる回生発電が実行されるので、燃費を向上させることができる。

上記構成において、前記制御装置は、前記ハイブリッド車両の車速が予め設定された設定値より大きいという条件がさらに満たされた場合に前記制御処理を実行し、前記条件が満たされない場合には前記制御処理を実行しない構成とすることもできる。

上記の目的を達成する本発明のハイブリッド車両の制御方法は、ディーゼルエンジン及びモータージェネレーターを有するハイブリッドシステムと、前記ディーゼルエンジンに接続されたマニュアルトランスミッションと、前記マニュアルトランスミッションと車輪を駆動するデファレンシャルとを連結するプロペラシャフトと、を備えたハイブリッド車両の制御方法において、前記プロペラシャフトと前記モータージェネレーターの回転軸とを、該モータージェネレーターの該回転軸を入力軸とし且つ該プロペラシャフトを出力軸とする減速機構を介して接続し、前記ハイブリッド車両のブレーキペダルが踏み込まれている状態で前記ハイブリッド車両のクラッチペダルが踏み込まれたとの条件が満たされた場合、前記モータージェネレーターに回生発電を実行させる制御処理を実行することを特徴とする。

本発明に係るハイブリッド車両の制御方法によれば、プロペラシャフトとモータージェネレーターの回転軸とを、該モータージェネレーターの該回転軸を入力軸とし且つ該プロペラシャフトを出力軸とする減速機構を介して接続しているので、高速走行時における回生効率を向上することができる。また、既存の非ハイブリッド車両からハイブリッド車両への転用を容易にすることができる。

また、ハイブリッド車両のブレーキペダルが踏み込まれている状態でハイブリッド車両のクラッチペダルが踏み込まれたとの条件が満たされた場合にモータージェネレーターによる回生発電が実行されるので、燃費を向上させることができる。

上記方法において、前記ハイブリッド車両の車速が予め設定された設定値より大きいと
いう条件がさらに満たされた場合に前記制御処理を実行し、前記条件が満たされない場合には前記制御処理を実行しない構成とすることもできる。

本発明によれば、従来よりも高速走行時における回生効率を向上でき、既存の非ハイブリッド車両からハイブリッド車両への転用が容易であり、燃費を向上することができる。

本発明の実施形態からなるハイブリッド車両の構成図である。 ハイブリッド車両の制御装置の制御処理の一例を示すフローチャートである。

以下に、本発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。図１は、本発明の実施形態からなるハイブリッド車両の構成図である。このハイブリッド車両（以下「ＨＥＶ」という）は、バスやトラックなどの大型車両であり、車両の運転状態に応じて複合的に制御されるディーゼルエンジン１０及びモータージェネレーター３３を有するハイブリッドシステムを備えている。

またＨＥＶは、乾式クラッチ１５、トランスミッション２０、プロペラシャフト２５、デファレンシャル２６、駆動輪２７、減速機構３０、インバーター３４及びバッテリー３５を備えている。またＨＥＶは、アクセルペダル１５２、ブレーキペダル１５１及びクラッチペダル１５０を備えている。またＨＥＶは、センサ類として、アクセル開度センサ９２、ブレーキペダル開度センサ９３、シフトセンサ１４０、及び車速センサ９１を備えている。さらにＨＥＶは、制御装置８０を備えている。

ディーゼルエンジン１０においては、エンジン本体１１に形成された複数（この例では６個）の気筒１２内における燃料の燃焼により発生した熱エネルギーにより、クランクシャフト１３が回転駆動される。このクランクシャフト１３の回転動力は、乾式クラッチ１５を介してトランスミッション２０に伝達される。

トランスミッション２０には、ドライバーによるシフトレバー１５３の操作に応じて変速するマニュアルトランスミッション（ＭＴ）が用いられている。このトランスミッション２０は、入力された回転動力を複数段（例えば、前進３段と後進２段）に変速可能な主変速機構２１と、その主変速機構２１から伝達された回転動力を低速段と高速段の２段に変速可能な副変速機構２２とから構成されている。ドライバーによる変速操作は、クラッチペダル１５０の踏み込みにより乾式クラッチ１５を切断状態にしてから、シフトレバー１５３をニュートラル位置を介して目標変速段のシフト位置へ移動させた後に、クラッチペダル１５０を戻して乾式クラッチ１５を再び接続状態にすることにより行われる。

トランスミッション２０で変速された回転動力は、トランスミッション２０のアウトプットシャフト２３に連結するプロペラシャフト２５を通じてデファレンシャル２６に伝達され、ダブルタイヤからなる一対の駆動輪２７にそれぞれ駆動力として分配される。

モータージェネレーター３３は、インバーター３４を通じてバッテリー３５に電気的に接続されている。

プロペラシャフト２５とモータージェネレーター３３の回転軸３２とは、減速機構３０を介して接続されている。この減速機構３０は、モータージェネレーター３３の回転軸３２を入力軸とし、かつプロペラシャフト２５を出力軸としている。つまり、減速機構３０においては、モータージェネレーター３３の回転数Ｎｍに対するプロペラシャフト２５の回転数Ｎｐの割合である減速比（Ｎｍ／Ｎｐ）が１．０より大となる。なお、この減速比は、固定又は可変のいずれに設定されていてもよい。

クラッチペダル１５０、ブレーキペダル１５１、及びアクセルペダル１５２は、運転席の足元に配置されている。ドライバーはトランスミッション２０の変速操作時にクラッチペダル１５０を操作し、ドライバーはフットブレーキを掛ける際にブレーキペダル１５１を踏み込む。また、ドライバーはアクセルペダル１５２の踏み込み量を調整することで、ＨＥＶの速度を調整する。

アクセル開度センサ９２はアクセルペダル１５２の開度（すなわちアクセル開度）を検出して、ブレーキペダル開度センサ９３はブレーキペダル１５１の開度を検出して、検出結果を制御装置８０に伝え、また、シフトセンサ１４０はトランスミッション２０のギア位置を検出して、検出結果を制御装置８０に伝える。そして、本実施形態に係るシフトセンサ１４０は、クラッチペダル１５０が踏み込まれたことも検出して、この検出結果を制御装置８０に伝え、車速センサ９１はＨＥＶの車速（ｋｍ／ｈ）を検出して、検出結果を制御装置８０に伝える。なお、ＨＥＶの構成はこれに限定されるものではなく、例えばＨＥＶは、クラッチペダル１５０が踏み込まれたことを検出する他のセンサを別途備えていてもよい。

制御装置８０は、ディーゼルエンジン１０、減速機構３０及びモータージェネレーター３３を制御する制御部としての機能を有するＣＰＵと、ＣＰＵの動作に用いられるプログラム等の各種情報を記憶する記憶部としての機能を有するＲＯＭ、ＲＡＭ等と、を有するマイクロコンピュータを備えた電子制御装置（Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ；ＥＣＵ）によって構成されている。

制御装置８０の制御部は、ＨＥＶの発進時や加速時には、モータージェネレーター３３により駆動力の少なくとも一部をアシストする一方で、慣性走行時や制動時においては、モータージェネレーター３３による回生発電を行って、余剰の運動エネルギーを電力に変換してバッテリー３５に充電する。

上述したモータージェネレーター３３による回生発電動作に関して、具体的には制御装置８０の制御部は、ブレーキペダル１５１が踏み込まれた場合に、モータージェネレーター３３に回生発電を行わせる。また制御部は、ブレーキペダル１５１が踏み込まれた状態でクラッチペダル１５０が踏み込まれたとの条件が満たされた場合にも、モータージェネレーター３３を停止させずに、モータージェネレーター３３に回生発電を実行させる制御処理（これをクラッチ切断時回生制御処理と称する）を実行させる。より詳しくは、本実施形態に係る制御部は、ＨＥＶの車速が予め設定された設定値より大きいという条件がさらに満たされた場合に、上記クラッチ切断時回生制御処理を実行し、この条件が満たされない場合にはクラッチ切断時回生制御処理を実行しない。

この制御装置８０の制御の詳細についてフローチャートを用いて説明すると次のようになる。図２は制御装置８０の制御処理の一例を示すフローチャートである。制御装置８０の制御部は、図２のフローチャートを所定周期で繰り返し実行する。ステップＳ１０において制御部は、車速センサ９１の検出結果に基づいて取得した車速が、制御装置８０の記憶部（例えばＲＯＭ）に予め記憶された設定値（すなわち、制御装置８０に予め設定された設定値）より大きいか否かを判定する。

ステップＳ１０の車速の設定値の具体的な値は特に限定されるものではないが、本実施形態では一例として、車速がこの設定値以下の場合にＨＥＶが停車する予定であると判定される値を用いる。この設定値の具体的な数値として、本実施形態では１０〜２０ｋｍ／
ｈの範囲内から選択された値を用いる。具体的には本実施形態では、この設定値の一例として１５ｋｍ／ｈを用いる。

ステップＳ１０でＹｅｓと判定された場合、制御部は、ブレーキペダル開度センサ９３の検出結果に基づいて、ブレーキペダル１５１が踏み込まれている状態（ＯＮの状態）であるか否かを判定する（ステップＳ２０）。

ステップＳ２０でＹｅｓと判定された場合、制御部は、モータージェネレーター３３による回生発電を実行する（ステップＳ３０）。回生発電によって生じた電力はバッテリー３５に充電される。

ステップＳ３０の後に制御部は、シフトセンサ１４０の検出結果に基づいて、クラッチペダル１５０が踏み込まれた状態（ＯＮの状態）であるか否かを判定する（ステップＳ４０）。なお、このステップＳ４０でＹｅｓと判定された状態は、変速操作が行われている状態に相当する。ステップＳ４０でＮｏと判定された場合、制御部はフローチャートの実行を終了する。なお、この場合、回生発電は継続して実行されることになる。

ステップＳ４０でＹｅｓと判定された場合、制御部は、モータージェネレーター３３による回生発電の実行を継続させる（ステップＳ５０）。すなわち、本実施形態の場合、前述の背景技術において説明したＨＥＶ（モータージェネレーターがマニュアルトランスミッションのエンジン側から車両の駆動系に接続されたＨＥＶ）とは異なり、ブレーキペダル１５１が踏み込まれた状態でクラッチペダル１５０が踏み込まれた場合であっても、回生発電の実行を中止せずに、回生発電を継続する。なお、このステップＳ５０は、前述したクラッチ切断時回生制御処理に相当する。

以上のように、本実施形態の場合、車速が設定値より大きいという条件が満たされ、且つブレーキペダル１５１が踏み込まれている状態でクラッチペダル１５０が踏み込まれたとの条件が満たされた場合、モータージェネレーター３３は停止することなく、連続して回転することで、回生発電を連続して実行している。ステップＳ５０の後に制御部はフローチャートの実行を終了する。

ステップＳ１０でＮｏと判定された場合、またはステップＳ２０でＮｏと判定された場合、制御部は、回生発電を停止させる（ステップＳ６０）。すなわち、本実施形態の場合、ステップＳ５０で回生発電が実行された場合であっても、車速が設定値以下になった場合（すなわち、ＨＥＶが停車する予定であると判定される車速の場合）、またはブレーキペダル１５１が踏み込まれていない状態になった場合、モータージェネレーター３３による回生発電は停止される。ステップＳ６０の後に制御部はフローチャートの実行を終了する。

以上説明した本実施形態に係るＨＥＶ及びその制御方法によれば、プロペラシャフト２５とモータージェネレーター３３の回転軸３２とを、モータージェネレーター３３の回転軸３２を入力軸とし且つプロペラシャフト２５を出力軸とする減速機構３０を介して接続しているので、高速走行中の慣性走行時において、トランスミッション２０のギア段にかかわらず、モータージェネレーター３３の回生制動トルクを減速機構３０により大きくすることができる。これにより、高速走行時における回生効率を向上することができる。また、この構成によれば、既存の非ハイブリッド車両のプロペラシャフトに減速機構３０を新たに取り付けるだけでＨＥＶへ転用することができる。したがって、パワートレインコンポーネントのレイアウトの変更が非常に小さくて済むので、既存の非ハイブリッド車両からＨＥＶへの転用を容易に行うことができる。

また、ブレーキペダル１５１が踏み込まれている状態でクラッチペダル１５０が踏み込まれた場合に、モータージェネレーター３３による回生発電が実行されるので（ステップＳ５０）、燃費を向上させることができる。すなわち、本実施形態によれば、変速操作時（すなわちステップＳ４０でＹｅｓと判定された場合）であっても回生発電を継続することができるので、エネルギー回収量を増加させることができ、この増加したエネルギー分をＨＥＶの駆動力のアシストに使用することができる。これにより、ＨＥＶの燃費を向上させることができる。

また、ステップＳ５０においてモータージェネレーター３３が回生発電するので、変速操作時においてもモータージェネレーター３３による制動力を得ることができる。これにより、ＨＥＶの制動距離を短くすることもできる。

なお本実施形態において、図２のフローチャートは、ステップＳ１０の判定処理を備えていない構成とすることもできる。この場合、制御部は、車速が設定値より大きいか否かにかかわらず、ブレーキペダル１５１が踏み込まれている状態でクラッチペダル１５０が踏み込まれた場合、モータージェネレーター３３による回生発電を継続して実行する。この構成においても、変速操作時において回生発電を継続することができるので、エネルギー回収量を増加させることができ、この増加したエネルギー分をＨＥＶの駆動力のアシストに使用することができる。これにより、燃費を向上させることができる。

但し、ＨＥＶの車速が設定値以下の場合、すなわち本実施形態においてはＨＥＶが停車する予定であると判定できるほど車速が低速である場合に、ステップＳ５０に係る回生発電を実行しても、回生発電の効率は良好とはいえない。したがって、図２のフローチャートのように、車速が設定値以下の場合（ステップＳ１０でＮｏの場合）にはクラッチ切断時回生制御処理が実行されない場合の方が、そうでない場合に比較して、回生発電効率が良好とはいえない条件下における回生発電の実行を停止できる点で好ましい。

以上本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明はかかる特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。

１０ ディーゼルエンジン
２５ プロペラシャフト
２６ デファレンシャル
２０ トランスミッション（マニュアルトランスミッション）
３０ 減速機構
３２ 回転軸
３３ モータージェネレーター
８０ 制御装置
１５０ クラッチペダル
１５１ ブレーキペダル
１５２ アクセルペダル

Claims (4)

1. ディーゼルエンジン及びモータージェネレーターを有するハイブリッドシステムと、前記ディーゼルエンジンに接続されたマニュアルトランスミッションと、前記マニュアルトランスミッションと車輪を駆動するデファレンシャルとを連結するプロペラシャフトと、前記モータージェネレーターを制御する制御装置と、を備えたハイブリッド車両において、
   前記プロペラシャフトと前記モータージェネレーターの回転軸とを、該モータージェネレーターの該回転軸を入力軸とし且つ該プロペラシャフトを出力軸とする減速機構を介して接続し、
   前記制御装置は、前記ハイブリッド車両のブレーキペダルが踏み込まれている状態で前記ハイブリッド車両のクラッチペダルが踏み込まれたとの条件が満たされた場合、前記モータージェネレーターに回生発電を実行させる制御処理を実行することを特徴とするハイブリッド車両。
2. 前記制御装置は、前記ハイブリッド車両の車速が予め設定された設定値より大きいという条件がさらに満たされた場合に前記制御処理を実行し、前記条件が満たされない場合には前記制御処理を実行しない請求項１記載のハイブリッド車両。
3. ディーゼルエンジン及びモータージェネレーターを有するハイブリッドシステムと、前記ディーゼルエンジンに接続されたマニュアルトランスミッションと、前記マニュアルトランスミッションと車輪を駆動するデファレンシャルとを連結するプロペラシャフトと、を備えたハイブリッド車両の制御方法において、
   前記プロペラシャフトと前記モータージェネレーターの回転軸とを、該モータージェネレーターの該回転軸を入力軸とし且つ該プロペラシャフトを出力軸とする減速機構を介して接続し、
   前記ハイブリッド車両のブレーキペダルが踏み込まれている状態で前記ハイブリッド車両のクラッチペダルが踏み込まれたとの条件が満たされた場合、前記モータージェネレーターに回生発電を実行させる制御処理を実行することを特徴とするハイブリッド車両の制御方法。
4. 前記ハイブリッド車両の車速が予め設定された設定値より大きいという条件がさらに満たされた場合に前記制御処理を実行し、前記条件が満たされない場合には前記制御処理を実行しない請求項３記載のハイブリッド車両の制御方法。

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