JP2023048071A - ハイブリッド車両の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】回生効率を向上させることができるハイブリッド車両の制御装置を提供する。
【解決手段】本開示の一態様は、エンジン１１と、モータ１３と、モータ１３に接続するバッテリ１４と、エンジン１１とモータ１３との間に配置されるトランスミッション１２と、モータ１３に接続する後方タイヤ１６と、を有し、トランスミッション１２は、前記エンジン１１に接続する入力軸１２ａと、モータ１３に接続する出力軸１２ｂと、入力軸１２ａと出力軸１２ｂとを係合および開放するクラッチ機構１２ｃとを備えるハイブリッド車両１０の制御装置１において、後方タイヤ１６から伝達される回転動力を利用してモータ１３を発電させる回生発電を行うときに、トランスミッション１２に備わるクラッチ機構１２ｃを開放状態にする。
【選択図】図３

Description

本開示は、ハイブリッド車両の制御装置に関する。

特許文献１には、発電機の回生発電時にスロットルバルブが開き側に制御される技術が開示されている。

特開２０１９－１８３７９４号公報

特許文献１に開示される技術において、発電機は、ベルト機構を介してエンジンのクランク軸に連結している。そのため、発電機の回生発電時に、エンジンフリクションにより効率よく回生発電を行えず、回生効率が低下するおそれがある。

そこで、本開示は上記した課題を解決するためになされたものであり、回生効率を向上させることができるハイブリッド車両の制御装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するためになされた本開示の一形態は、エンジンと、発電機と、前記発電機に接続するバッテリと、前記エンジンと前記発電機との間に配置される変速機と、前記発電機に接続する車輪と、を有し、前記変速機は、前記エンジンに接続する入力軸と、前記発電機に接続する出力軸と、前記入力軸と前記出力軸とを係合および開放するクラッチ機構とを備えるハイブリッド車両の制御装置において、前記車輪から伝達される回転動力を利用して前記発電機を発電させる回生発電を行うときに、前記変速機に備わる前記クラッチ機構を開放状態にすること、を特徴とする。

この態様によれば、回生発電を行うときに、変速機のクラッチ機構を開放状態にして、エンジンと発電機とを非連結状態にする。そのため、回生発電を行うときに、エンジンフリクションが発電機に作用しないので、車輪から伝達される回転動力が、エンジンフリクションによって消費されず、効率的に発電機に回収されて、発電機の回生発電に利用される。したがって、効率よく発電機を発電させてバッテリを充電させることができるので、回生効率を向上させることができる。そして、効率よく回生発電を行ってバッテリに充電した電力を利用してハイブリッド車両を走行させることにより、ハイブリッド車両における燃料の消費を抑えることができるので、ハイブリッド車両の燃費が向上する。

また、既存の変速機を利用してエンジンと発電機とを非連結状態にできるので、エンジンと発電機とを非連結状態にするための専用の部品が不要になる。そのため、ハイブリッド車両の構造を簡易にできる。したがって、ハイブリッド車両のコストと体格を抑えることができる。

上記の態様においては、前記変速機内の油圧を保つためのオイルポンプを有し、前記オイルポンプは、前記エンジンの動力と接続されていないこと、が好ましい。

この態様によれば、オイルポンプは、エンジンの動力と接続されていないので、エンジンが稼働していなくても駆動できる。そのため、回生発電を行うときに、エンジンを停止させているときに、変速機内の油圧を保つためオイルポンプを駆動させるためにエンジンを稼働させる必要がなくなる。したがって、長時間に亘って回生発電を行うときであってもエンジンを停止させることができるので、エンジンを稼働させるための燃料の消費量を低減できる。

上記の態様においては、前記オイルポンプは、電動のオイルポンプであること、が好ましい。

この態様によれば、オイルポンプは、電動のオイルポンプであるので、制御し易い。そのため、変速機内の油圧に応じてオイルポンプを応答性よく制御できる。

上記の態様においては、前記回生発電を行うときに、前記エンジンを停止させ、かつ、前記油圧が所定油圧以下である場合には前記オイルポンプを駆動させて前記油圧を前記所定油圧よりも大きい圧力に保つこと、が好ましい。

この態様によれば、回生発電を行うときに、エンジンを停止させながら、変速機内の油圧を必要な圧力に保つことができる。そのため、エンジンを稼働するための燃料の消費量を低減しながら、変速機内の油圧を維持できる。

上記の態様においては、前記バッテリの充電率を監視する充電率監視部を有し、前記回生発電を行うときに、前記充電率監視部にて監視される前記バッテリの充電率が所定充電率以上である場合には、前記クラッチ機構を係合状態にすること、が好ましい。

この態様によれば、回生発電を行うときに、変速機のクラッチ機構を開放状態にして、エンジンと発電機とを非連結状態にする。そのため、回生発電を行うときに、エンジンフリクションが発電機に作用しないので、車輪から伝達される回転動力が、エンジンフリクションによって消費されず、効率的に発電機に回収されて、発電機の回生発電に利用される。したがって、効率よく発電機を発電させてバッテリを充電させることができるので、回生効率を向上させることができる。

本開示のハイブリッド車両の制御装置によれば、回生効率を向上させることができる。

第１実施形態のハイブリッド車両の制御装置の構造図である。 第１実施形態にて行われる制御の内容を示すフローチャートの図である。 第１実施形態にて回生発電を行うときを示す図である。 従来の問題点を示す図である。 第２，３実施形態のハイブリッド車両の制御装置の構造図である。 第２実施形態にて行われる制御の内容を示すフローチャートの図である。 第３実施形態にて行われる制御の内容を示すフローチャートの図である。

以下、本開示のハイブリッド車両の制御装置の実施形態について説明する。

〔第１実施形態〕
まず、第１実施形態について説明する。

＜ハイブリッド車両の概要＞
まず、本実施形態のハイブリッド車両の制御装置１におけるハイブリッド車両１０の概要について説明する。図１に示すように、ハイブリッド車両１０は、エンジン１１と、トランスミッション１２と、モータ１３と、バッテリ１４と、前方タイヤ１５と、後方タイヤ１６と、ＥＣＵ１７などを有する。

エンジン１１は、モータ１３の動力源であり、クランク軸１１ａを備えている。このクランク軸１１ａは、トランスミッション１２の入力軸１２ａに接続している。

トランスミッション１２は、エンジン１１とモータ１３との間に配置されている。このトランスミッション１２は、エンジン１１のクランク軸１１ａに接続する入力軸１２ａと、モータ１３に接続する出力軸１２ｂと、入力軸１２ａと出力軸１２ｂとを係合および開放するクラッチ機構１２ｃと、を備えている。なお、トランスミッション１２は、本開示の「変速機」の一例である。

モータ１３は、トランスミッション１２よりも後方タイヤ１６側の位置、すなわち、トランスミッション１２に対してエンジン１１とは反対側の位置に配置されている。このモータ１３は、電気エネルギから機械的な動力を発生させる発動機としての機能、及び、機械的なエネルギから電気エネルギを発生させる発電機としての機能を有する。すなわち、モータ１３は、バッテリ１４から供給される電力（すなわち、電気エネルギ）によりハイブリッド車両１０を走行させるための動力（すなわち、機械的な動力）を発生させる発動機として機能する。また、モータ１３は、後方タイヤ１６から伝達される回転動力（すなわち、機械的なエネルギ）を利用して発電して（すなわち、回生発電を行って）、その電力（すなわち、電気エネルギ）をバッテリ１４に充電させる発電機としても機能する。なお、モータ１３は、本開示の「発電機」の一例である。

バッテリ１４は、モータ１３に接続している。このバッテリ１４は、モータ１３に電力を供給して放電したり、モータ１３から電力を受給して充電したりする。

前方タイヤ１５は、非駆動輪である。一方、後方タイヤ１６は、駆動輪であって、車軸２１とデファレンシャルギヤ１９と駆動軸１８とを介して、モータ１３に接続している。なお、後方タイヤ１６は、本開示の「車輪」の一例である。

ＥＣＵ１７は、ハイブリッド車両１０の構成要素（例えば、エンジン１１やトランスミッション１２やモータ１３など）を制御する制御部であり、中央処理装置（ＣＰＵ）、各種メモリ、外部入力回路及び外部出力回路等を備えている。

＜ハイブリッド車両の制御装置で行われる制御について＞
次に、ハイブリッド車両の制御装置１で行われる制御、すなわち、ＥＣＵ１７が行う制御について説明する。

図４に示すように、従来、ハイブリッド車両１０の減速時においてモータ１３が回生発電を行うときに、トランスミッション１２を介してエンジン１１と連結状態にあるモータ１３にエンジンフリクションが作用していた。そのため、後方タイヤ１６から伝達される回転動力（すなわち、機械的なエネルギ、図中「エネルギ」と表記）が、エンジンフリクションにより消費されてしまい、モータ１３の回生発電に利用できる量が少なくなるので、回生効率が低下していた。なお、「エンジンフリクション」とは、エンジン１１を構成する部品間にて生じる摩擦損失である。また、「回生効率」とは、モータ１３が回生発電を行うときの発電効率であり、すなわち、モータ１３が回生発電を行うときに回転動力から電力へ変換するときの変換効率である。

そこで、本実施形態では、回生効率を向上させるために、ＥＣＵ１７は、ハイブリッド車両１０の減速時に図２に示す制御を行う。図２に示すように、ＥＣＵ１７は、回生条件が成立したか否かを判断する（ステップＳ１）。ここで、「回生条件が成立した」とは、例えば、ハイブリッド車両１０に備わるアクセルペダル（不図示）がＯＦＦになったり、ハイブリッド車両１０に備わるブレーキペダル（不図示）がＯＮになったりして、ハイブリッド車両１０が減速し、モータ１３の回生発電を行う条件が成立したということである。

そして、ＥＣＵ１７は、回生条件が成立したと判断した場合（ステップＳ１：ＹＥＳ）には、トランスミッション１２へＮレンジに設定するように指示して（ステップＳ２）、トランスミッション１２に備わるソレノイド（不図示）を操作し、トランスミッション１２へＮレンジに設定する（ステップＳ３）。

このようにして、ハイブリッド車両１０の減速時に、トランスミッション１２がＮレンジに設定されることにより、図３に示すように、トランスミッション１２のクラッチ機構１２ｃが開放状態にされて、トランスミッション１２にて入力軸１２ａと出力軸１２ｂとが開放される。そして、これにより、トランスミッション１２におけるエンジン１１側とモータ１３側との間の動力伝達経路が遮断されることにより、エンジン１１とモータ１３とが非連結状態になる。すなわち、エンジン１１とモータ１３との間の動力伝達が、物理的に遮断される。なお、「クラッチ機構１２ｃが開放状態にされて」とは、例えば、クラッチ機構１２ｃが複数のクラッチ（不図示）を備える場合には、複数のクラッチを開放状態にされて、ということである。

次に、ＥＣＵ１７は、回生発電を行う（ステップＳ４）。すなわち、ＥＣＵ１７は、後方タイヤ１６から伝達される回転動力を利用してモータ１３を発電させて、モータ１３で発電した電力をバッテリ１４に充電させる。

このようにして、エンジン１１とモータ１３とが非連結状態にされたうえで、モータ１３により回生発電が行われる。

以上のように本実施形態によれば、ＥＣＵ１７は、後方タイヤ１６から伝達される回転動力を利用してモータ１３を発電させる回生発電を行うときに、図３に示すように、トランスミッション１２に備わるクラッチ機構１２ｃを開放状態にする。

このようにして、回生発電を行うときに、トランスミッション１２のクラッチ機構１２ｃを開放状態にして、エンジン１１とモータ１３とを非連結状態にする。そのため、回生発電を行うときに、エンジンフリクションがモータ１３に作用しないので、図３に示すように、後方タイヤ１６から伝達される回転動力（すなわち、機械的なエネルギ、図３にて「エネルギ」と表記）が、エンジンフリクションによって消費されず、効率的にモータ１３に回収されて、モータ１３の回生発電に利用される。したがって、効率よくモータ１３を発電させてバッテリ１４を充電させることができるので、回生効率を向上させることができる。そして、効率よく回生発電を行ってバッテリ１４に充電した電力を利用してハイブリッド車両１０を走行（例えば、ＥＶ走行やＨＥＶ走行）させることにより、ハイブリッド車両１０における燃料（例えば、ガソリン）の消費を抑えることができるので、ハイブリッド車両１０の燃費が向上する。

なお、出願人が回生効率についての解析とハイブリッド車両１０の燃費についての解析を行ったところ、本実施形態の発明によれば、図４に示す従来技術や、特許文献１のようにエンジンのスロットルバルブを開弁させた場合よりも、回生効率およびハイブリッド車両１０の燃費についていずれも向上する解析結果を得ることができた。

また、本実施形態によれば、既存のトランスミッション１２を利用してエンジン１１とモータ１３とを非連結状態にできるので、エンジン１１とモータ１３とを非連結状態にするための専用の部品（例えば、クラッチなど）が不要になる。そのため、ハイブリッド車両１０の構造を簡易にできる。したがって、ハイブリッド車両１０のコストと体格を抑えることができる。

〔第２実施形態〕
次に、第２実施形態について、第１実施形態と異なる点を説明する。

本実施形態において、図５に示すように、ハイブリッド車両の制御装置１は、変速機内の油圧を保つための電動オイルポンプ３１を有する。この電動オイルポンプ３１は、電動のオイルポンプであり、エンジン１１の動力と接続されていない。

そして、本実施形態では、ＥＣＵ１７は、ハイブリッド車両１０の減速時に図６に示す制御を行う。図６に示すように、アクセルペダルがＯＦＦになり（ステップＳ１０１）、ハイブリッド車両１０が減速して回生発電が行われると、ＥＣＵ１７は、トランスミッション１２（図中、「Ｔ／Ｍ」と表記）をＮレンジに設定し、かつ、エンジン１１を停止させる（ステップＳ１０２）。

このように、本実施形態では、ＥＣＵ１７は、回生発電を行うときに、エンジン１１を停止させる。これにより、回生発電を行うときに、エンジン１１を稼働するための燃料の消費量を低減できる。

このようにしてエンジン１１が停止させている状況下で、次に、ＥＣＵ１７は、トランスミッション１２内の油圧が所定油圧Ｐ（例えば、０．５ＭＰａ）以下であるか否かを判断する（ステップＳ１０３）。なお、トランスミッション１２内の油圧は、不図示の圧力センサにより検出される。

そして、トランスミッション１２内の油圧が所定油圧Ｐ以下である場合（ステップＳ１０３：ＹＥＳ）には、ＥＣＵ１７は、電動オイルポンプ３１を駆動させて（ステップＳ１０４）、トランスミッション１２内の油圧を上げて所定油圧Ｐよりも高い圧力になるように制御する。

一方、トランスミッション１２内の油圧が所定油圧Ｐよりも高い場合（ステップＳ１０３：ＮＯ）には、ＥＣＵ１７は、電動オイルポンプ３１を停止させる（ステップＳ１０５）。

このようにして、ＥＣＵ１７は、電動オイルポンプ３１を制御して、トランスミッション１２内の油圧を所定油圧Ｐよりも大きい圧力に保つように制御する。

その後、アクセルペダルがＯＮとなり（ステップＳ１０６）、ハイブリッド車両１０が加速すると、ＥＣＵ１７は、トランスミッション１２をＤレンジに設定する（ステップＳ１０７）。

以上のように本実施形態によれば、ハイブリッド車両の制御装置１は、トランスミッション１２内の油圧を保つための電動オイルポンプ３１を有する。そして、この電動オイルポンプ３１は、エンジン１１の動力と接続されていない。

このように、電動オイルポンプ３１は、エンジン１１の動力と接続されていないので、エンジン１１が稼働していなくても駆動できる。そのため、回生発電を行うときに、エンジン１１を停止させているときに、トランスミッション１２内の油圧を保つため電動オイルポンプ３１を駆動させるためにエンジン１１を稼働させる必要がなくなる。したがって、長時間に亘って回生発電を行うときであってもエンジン１１を停止させることができるので、エンジン１１を稼働させるための燃料の消費量を低減できる。

また、電動オイルポンプ３１は、電動であるので、制御し易い。そのため、トランスミッション１２内の油圧に応じて電動オイルポンプ３１を応答性よく制御できる。

また、ＥＣＵ１７は、回生発電を行うときに、エンジン１１を停止させ、かつ、トランスミッション１２内の油圧が所定油圧Ｐ以下である場合には電動オイルポンプ３１を駆動させて、トランスミッション１２内の油圧を所定油圧Ｐよりも大きい圧力に保つように制御を行う。

これにより、回生発電を行うときに、エンジン１１を停止させながら、トランスミッション１２内の油圧を必要な圧力に保つことができる。そのため、エンジン１１を稼働するための燃料の消費量を低減しながら、トランスミッション１２内の油圧を維持できる。

〔第３実施形態〕
次に、第３実施形態について、第１，２実施形態と異なる点を説明する。

本実施形態では、図５に示すように、ハイブリッド車両の制御装置１は、バッテリ１４の充電率を監視する充電率監視部３２を有する。この充電率監視部３２は、例えば、バッテリ１４の充電率を検出する充電率センサである。そして、充電率監視部３２で監視（検出）されたバッテリ１４の充電率の情報（信号）は、ＥＣＵ１７に入力される。

そして、本実施形態では、ＥＣＵ１７は、ハイブリッド車両１０の減速時に図７に示す制御を行う。図７に示すように、アクセルペダルがＯＦＦになり（ステップＳ２０１）、ハイブリッド車両１０が減速して回生発電が行われると、ＥＣＵ１７は、電池状態を確認する（ステップＳ２０２）。具体的には、ステップＳ２０２では、ＥＣＵ１７は、充電率監視部３２にて監視されるバッテリ１４の充電率を確認する。

次に、ＥＣＵ１７は、回生制限判定があるか否かを判断する（ステップＳ２０３）。具体的には、ステップＳ２０３では、ＥＣＵ１７は、バッテリ１４の充電率が所定充電率以上であるので回生発電を制限する必要があるとの判定がなされたか否かを判断する。

そして、回生制限判定がある場合（ステップＳ２０３：ＹＥＳ）、具体的には、バッテリ１４の充電率が所定充電率以上であるので回生発電を制限する必要があるとの判定がなされた場合には、ＥＣＵ１７は、トランスミッション１２をＤレンジに設定して、トランスミッション１２の動力を結合する（ステップＳ２０４）。そして、回生トルクが出力される（ステップＳ２０５）。

このようにして、本実施形態では、ＥＣＵ１７は、回生発電を行うときに、充電率監視部３２にて監視されるバッテリ１４の充電率が所定充電率以上である場合には、トランスミッション１２をＤレンジに設定して、トランスミッション１２のクラッチ機構１２ｃを係合状態にする。

これにより、バッテリ１４が十分に充電されている状況で回生発電を行うときに、エンジンフリクションがモータ１３に作用するようにして、後方タイヤ１６から伝達される回転動力を、エンジンフリクションによって消費させて、モータ１３の回生発電に利用されないようにする。そのため、バッテリ１４が十分に充電されている状況にて、モータ１３で発電させてバッテリ１４を充電させることを抑制できる。したがって、バッテリ１４が過充電にならないので、バッテリ１４の寿命を延ばすことができる。

一方、回生制限判定がない場合（ステップＳ２０３：ＮＯ）、具体的には、バッテリ１４の充電率が所定充電率未満であるので回生発電を制限する必要がないとの判定がなされた場合には、ＥＣＵ１７は、トランスミッション１２をＮレンジに設定して、トランスミッション１２の動力を切り離す（ステップＳ２０４）。そして、回生トルクが出力される（ステップＳ２０５）。

このようにして、本実施形態では、ＥＣＵ１７は、回生発電を行うときに、充電率監視部３２にて監視されるバッテリ１４の充電率が所定充電率未満である場合には、トランスミッション１２をＮレンジに設定して、トランスミッション１２のクラッチ機構１２ｃを開放状態にする。

これにより、回生発電を行うときに、トランスミッション１２のクラッチ機構１２ｃを開放状態にして、エンジン１１とモータ１３とを非連結状態にする。そのため、回生発電を行うときに、エンジンフリクションがモータ１３に作用しないので、後方タイヤ１６から伝達される回転動力が、エンジンフリクションによって消費されず、効率的にモータ１３に回収されて、モータ１３の回生発電に利用される。したがって、効率よくモータ１３を発電させてバッテリ１４を充電させることができるので、回生効率を向上させることができる。

なお、上記した実施の形態は単なる例示にすぎず、本開示を何ら限定するものではなく、その要旨を逸脱しない範囲内で種々の改良、変形が可能であることはもちろんである。

１ ハイブリッド車両の制御装置
１０ ハイブリッド車両
１１ エンジン
１１ａ クランク軸
１２ トランスミッション
１２ａ 入力軸
１２ｂ 出力軸
１２ｃ クラッチ機構
１３ モータ
１４ バッテリ
１５ 前方タイヤ
１６ 後方タイヤ
１７ ＥＣＵ
１８ 駆動軸
１９ デファレンシャルギヤ
２１ 車軸
３１ 電動オイルポンプ
３２ 充電率監視部

Claims (5)

1. エンジンと、
   発電機と、
   前記発電機に接続するバッテリと、
   前記エンジンと前記発電機との間に配置される変速機と、
   前記発電機に接続する車輪と、
   を有し、
   前記変速機は、前記エンジンに接続する入力軸と、前記発電機に接続する出力軸と、前記入力軸と前記出力軸とを係合および開放するクラッチ機構とを備えるハイブリッド車両の制御装置において、
   前記車輪から伝達される回転動力を利用して前記発電機を発電させる回生発電を行うときに、前記変速機に備わる前記クラッチ機構を開放状態にすること、
   を特徴とするハイブリッド車両の制御装置。
2. 請求項１のハイブリッド車両の制御装置において、
   前記変速機内の油圧を保つためのオイルポンプを有し、
   前記オイルポンプは、前記エンジンの動力と接続されていないこと、
   を特徴とするハイブリッド車両の制御装置。
3. 請求項２のハイブリッド車両の制御装置において、
   前記オイルポンプは、電動のオイルポンプであること、
   を特徴とするハイブリッド車両の制御装置。
4. 請求項２または３のハイブリッド車両の制御装置において、
   前記回生発電を行うときに、
   前記エンジンを停止させ、
   かつ、前記油圧が所定油圧以下である場合には前記オイルポンプを駆動させて前記油圧を前記所定油圧よりも大きい圧力に保つこと、
   を特徴とするハイブリッド車両の制御装置。
5. 請求項１乃至４のいずれか１つのハイブリッド車両の制御装置において、
   前記バッテリの充電率を監視する充電率監視部を有し、
   前記回生発電を行うときに、前記充電率監視部にて監視される前記バッテリの充電率が所定充電率以上である場合には、前記クラッチ機構を係合状態にすること、
   を特徴とするハイブリッド車両の制御装置。

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