JP3514142B2 - 車両制御装置 - Google Patents

車両制御装置

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Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はハイブリッド車など
車両の減速時に回転電機を駆動することによりエネルギ
回生を行うようにした車両の制御装置に関する。

【０００２】

【従来の技術と解決すべき課題】原動機としてエンジン
（燃焼機関）と回転電機とを併有し、いずれか一方また
は双方の駆動力により走行するようにしたハイブリッド
車両が知られている（例えば、鉄道日本社発行「自動車
工学」VOL.46 No.7 1997年6月号 39〜52頁参照）。

【０００３】この種のハイブリッド車両では、基本的に
比較的負荷の小さい運転域では回転電機をモータとして
駆動してその出力のみで走行し、負荷が増大するとエン
ジンを起動して所要の駆動力を確保する一方、減速時に
は回転電機を発電機として作動させることによりバッテ
リを充電する回生動作を行わせるようにしている。

【０００４】ところで、こうしたハイブリッド車を初め
として、車両の駆動装置に連結した回転電機により減速
時の回生動作を行わせるように構成された車両では、ク
ラッチを切って駆動装置とエンジンとの接続を断ち、エ
ンジンブレーキに相当する減速力をすべて回転電機によ
って発生させることで回生効率を高めることができる。
しかしながら、このように減速中にクラッチを切ってし
まうと、途中で運転者の加速要求により加速に転じたと
きに、クラッチが再び締結状態となるまでの時間的遅れ
からエンジン出力が駆動装置に伝達されるのに時間がか
かり加速性能や運転性が損なわれてしまう。

【０００５】これに対して、例えばパウダー式クラッチ
など励磁電流に応じて締結トルクを可変制御できる電磁
クラッチを使用し、減速時にクラッチを完全解放するの
ではなく、弱励磁電流を供給してある程度のクラッチ引
きずり状態にしておくことにより再締結時の応答性を改
善することが可能である。しかしながら、クラッチを引
きずり状態にするとパウダー等のクラッチ構成要素が摩
耗して耐久性が低下することに加えて、引きずりにより
消費される分だけ回生トルク（発電量）が減少して回生
効率が悪化するという問題も生じる。

【０００６】本発明はこのような問題点に着目してなさ
れたもので、減速回生時の電磁クラッチの励磁電流を回
転数に応じて最適制御することにより前記問題点を解消
することを目的としている。

【０００７】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明は、励磁
電流に応じてエンジンと駆動装置との間の締結トルクを
可変制御可能な電磁クラッチと、電磁クラッチの出力軸
側の回転数を検出する回転数検出装置と、車両の加減速
状態を検出する車両状態検出装置と、車両の駆動装置に
連結した回転電機と、車両減速時に電磁クラッチの締結
トルクを減殺すると共に前記回転電機によりエネルギ回
生を行わせる回生制御装置とを備え、前記回生制御装置
を、回転数検出手段からの信号に基づき、車両減速時に
検出回転数が低下するほど増大する特性の弱励磁電流を
電磁クラッチに供給するように構成した。なお前記弱励
磁電流とは電磁クラッチが引きずりを生じる程度の弱い
電流値である。

【０００８】請求項２の発明は、上記請求項１の発明の
回生制御装置を、減速時の回転電機による回生トルク
を、弱励磁電流による電磁クラッチの引きずりトルクに
より補正するように構成した。

【０００９】請求項３の発明は、上記請求項１の発明の
回生制御装置を、減速時に電磁クラッチの締結トルクを
減殺すると共にエンジンを停止させ、減速から加速に移
行したときにはエンジンを始動したのちに電磁クラッチ
の締結トルクを増大してエンジン出力を駆動装置に伝達
させるように構成した。

【００１０】

【作用・効果】上記請求項１以下の各発明において、減
速回生時には電磁クラッチに対してクラッチ出力軸の回
転数が低下するほど増大する特性の弱励磁電流を付与
し、これにより当該弱励磁電流に応じてクラッチ回転数
が低下するほど引きずりトルクが増大するような特性で
電磁クラッチが作動する。図３はこのように電磁クラッ
チが引きずりを生じる程度の弱電流値を付与した状態か
ら所要の締結トルクとなるまでの応答時間との関係をク
ラッチ出力軸の回転数（以下単に「クラッチ回転数」と
いう。）を変化させながら求めた実験結果を示したもの
で、図示したように同一電流値ではクラッチ回転数が高
いほど応答時間が短くなり、換言すれば所定の目標応答
時間を達成するのに要する弱励磁電流の値は高速回転時
ほど小さくなる。

【００１１】したがって、本発明のようにクラッチ回転
数が低下するほど弱励磁電流の値が増大する特性を設定
することにより、減速過程での回転数変化にかかわらず
加速に転じた際のクラッチ締結までの応答時間を常に所
定の許容限度内に収めることができ、かつその間の引き
ずりを必要限度内に抑えて電磁クラッチの耐久性を改善
することができる。

【００１２】また、請求項２の発明では、減速時の回転
電機による回生トルクを、弱励磁電流により生じる電磁
クラッチの引きずりトルクに応じて補正する。減速時の
回転電機による回生トルクつまり発電量は通常エンジン
ブレーキに相当する適度な減速力を生じるように設定す
るが、電磁クラッチに引きずりがある場合にはこの回生
トルクは引きずりにより消費されるトルクの分だけ少な
くなる。したがって、回生時のクラッチ回転数に応じて
クラッチ引きずりトルクが変化する運転状態下におい
て、本発明のように回生トルクをクラッチ引きずりトル
クによる消費分だけ補正してやることにより、適切な減
速力を発揮させつつその範囲内で最大限に回生効率を高
めることができる。特に本発明ではクラッチ高速回転時
ほどクラッチ引きずりトルクが小さくなるような特性で
電磁クラッチを制御しているので、回生効率の高い高速
回転域を有効利用して回生効果を十分に引き出すことが
できる。

【００１３】さらに、請求項３の発明によれば、減速時
に電磁クラッチの締結トルクを減殺すると共にエンジン
を停止させ、減速から加速に移行したときにはエンジン
を始動したのちに電磁クラッチの締結トルクを増大して
エンジン出力を駆動装置に伝達させる。このように、減
速回生時にエンジンを停止させることによりエンジン運
転のための燃料消費を最小限に抑えて総合的なエネルギ
ー効率をより高められると共に排気エミッション性能を
も改善することができる。減速から加速に移行するとき
にはエンジンを始動したのちその出力を電磁クラッチを
締結して駆動装置に伝えるのでエンジンによる十分な加
速力を確保できる。なお、エンジンが始動して所要の出
力が立ち上がるまでの間は回転電機を動力源として駆動
することにより加速応答性を改善することができる。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下本発明をハイブリッド車両に
適用した実施形態につき図面に基づいて説明する。まず
図１〜図２にハイブリッド車両の構成例を示す。これは
走行条件に応じてエンジンまたはモータの何れか一方ま
たは双方の動力を用いて走行するパラレル方式のハイブ
リッド車両である。

【００１５】図１において、太い実線は機械力の伝達経
路を示し、太い破線は電力線を示す。また、細い実線は
制御線を示し、二重線は油圧系統を示す。この車両のパ
ワートレインは、モータ１、エンジン２、クラッチ３、
モータ４、無段変速機５、減速装置６、差動装置７およ
び駆動輪８から構成される。モータ１の出力軸、エンジ
ン２の出力軸およびクラッチ３の入力軸は互いに連結さ
れており、また、クラッチ３の出力軸、モータ４の出力
軸および無段変速機５の入力軸は互いに連結されてい
る。前記モータ４が本発明の回転電機に相当し、これは
上述したように無段変速機５、減速装置６等で構成され
た駆動装置に連結されている。

【００１６】クラッチ３締結時はエンジン２とモータ４
が車両の推進源となり、クラッチ３解放時はモータ４の
みが車両の推進源となる。エンジン２またはモータ４の
駆動力は、無段変速機５、減速装置６および差動装置７
を介して駆動輪８へ伝達される。無段変速機５には油圧
装置９から圧油が供給され、ベルトのクランプと潤滑が
なされる。油圧装置９のオイルポンプ（図示せず）はモ
ータ１０により駆動される。

【００１７】クラッチ３を締結している状態でモータ１
を車両の推進と制動に用いることもでき、モータ４をエ
ンジン始動や発電（回生）に用いることもできる。クラ
ッチ３はパウダー式の電磁クラッチであり、後述するコ
ントローラ１６からの指令電流値に応じて伝達トルクが
可変制御される可変容量のものである。無段変速機５は
ベルト式やトロイダル式などの無段変速機であり、減速
比を無段階に調節することができる。

【００１８】モータ１，４，１０はそれぞれ、インバー
タ１１，１２，１３により駆動される。なお、モータ
１，４，１０に直流電動モータを用いる場合には、イン
バータの代わりにＤＣ／ＤＣコンバータを用いる。イン
バータ１１〜１３は共通のＤＣリンク１４を介してメイ
ンバッテリ１５に接続されており、メインバッテリ１５
の直流充電電力を交流電力に変換してモータ１，４，１
０へ供給するとともに、モータ１，４の交流発電電力を
直流電力に変換してメインバッテリ１５を充電する。な
お、インバータ１１〜１３は互いにＤＣリンク１４を介
して接続されているので、回生運転中のモータにより発
電された電力をメインバッテリ１５を介さずに直接、力
行運転中の他のモータへ供給することができる。メイン
バッテリ１５には、リチウムイオン電池、ニッケル水素
電池、鉛電池などの各種電池や、電機二重層キャパシタ
ーいわゆるパワーキャパシターが適用される。

【００１９】１６は本発明の回生制御装置を初めとする
ハイブリッド車両の各種制御機能を発揮するコントロー
ラであり、マイクロコンピュータとその周辺部品や各種
アクチュエータなどを備え、クラッチ３の伝達トルク、
モータ１，４，１０の回転数や出力トルク、無段変速機
５の変速比、エンジン２の燃料噴射量・噴射時期、点火
時期などを制御する。

【００２０】コントローラ１６には、図２に示すよう
に、キースイッチ２０、セレクトレバースイッチ２１、
アクセルセンサ２２、ブレーキスイッチ２３、車速セン
サ２４、バッテリ温度センサ２５、バッテリＳＯＣ検出
装置２６、エンジン回転数センサ２７、スロットル開度
センサ２８、クラッチ回転数センサ２９が接続される。
キースイッチ２０は、車両のキーが０Ｎ位置またはＳＴ
ＡＲＴ位置に設定されると閉路する（以下、スイッチの
閉路をオンまたは０Ｎ、開路をオフまたはＯＦＦと呼
ぷ）。セレクトレバースイッチ２１は、パーキングＰ、
ニュートラルＮ、リバースＲおよびドライブＤの何れか
のレンジに切り換えるセレクトレバー（図示せず）の設
定位置に応じて、Ｐ，Ｎ，Ｒ，Ｄのいずれかのスイッチ
がオンする。

【００２１】アクセルペダルセンサ２２は本発明の車両
状態検出装置に相当し、アクセルペダルの踏み込み量か
ら加減速等の要求負荷状態を検出する。ブレーキスイッ
チ２３はブレーキペダルの踏み込み状態（この時、スイ
ッチオン）を検出する。車速センサ２４は車両の走行速
度を検出し、バッテリ温度センサ２５はメインバッテリ
１５の温度を検出する。また、バッテリＳＯＣ検出装置
２６はメインバッテリ１５の実容量の代表値であるＳＯ
Ｃ（State Of Charge）を検出する。エンジン回転数セ
ンサ２７はエンジン２の回転数を検出し、スロットル開
度センサ２８はエンジン２のスロットルバルブ開度を検
出する。クラッチ回転数センサ２９は本発明の回転数検
出装置に相当し、クラッチ３の出力軸側の回転数（図１
の構成ではモータ４の回転数に等しい）を検出する。

【００２２】コントローラ１６にはまた、エンジン２の
燃料噴射装置３０、点火装置３１、可変動弁装置（バル
ブタイミング調節装置）３２などが接続される。コント
ローラ１６は、燃料噴射装置３０を制御してエンジン２
への燃料の供給と停止および燃料噴射量・噴射時期を調
節するとともに、点火装置３１を駆動してエンジン２の
点火時期制御を行う。また、コントローラ１６は可変動
弁装置３２を制御してエンジン２の吸・排気弁の作動状
態を調節する。なお、コントローラ１６には低圧の補助
バッテリ３３から電源が供給される。

【００２３】以上は本発明が適用可能なハイブリッド車
両の基本的な構成例を示したものであり、本発明ではこ
うしたハイブリッド車両において減速回生作動時のクラ
ッチ制御電流を適切に制御することによりクラッチ寿命
または回生効率を改善することを目的としている。以下
にこのためにコントローラ１６が実行する制御の実施形
態につき図面を参照しながら説明する。

【００２４】図４は減速時回生制御の流を概略的に示し
たもので、これはハイブリッド車両の総合的な制御の一
環として周期的に実行される。この制御ではまず車速セ
ンサ２４、アクセルペダルセンサ２２、エンジン回転数
センサ２７からの信号に基づきそれぞれ車速ＶＳＰ、ア
クセル開度ＡＰＳ、エンジン回転数Ｎｅを検出し、前記
アクセル開度ＡＰＳと車速ＶＳＰとから車両が減速状態
にあるか否かを判定する（ステップ３０１〜３０３）。
前記判定では、アクセル開度ＡＰＳが０つまりアクセル
ペダルが踏み込まれておらず、かつ車速ＶＳＰが所定の
基準値Ｖ１よりも大であれば減速と判定してステップ３
０４以降の回生制御に入り、前記以外の条件であれば定
常または加速状態であると判定してステップ３１２以降
の非減速時の制御に入る。

【００２５】回生制御の当初ではクラッチ３の出力軸側
回転数Ｎｃをクラッチ回転数センサ２９からの信号に基
づいて検出し、次いでこのクラッチ回転数Ｎｃからクラ
ッチ３に付与する弱励磁電流Ｉｃを決定してこの弱励磁
電流Ｉｃによりクラッチ３の締結トルクを制御する（ス
テップ３０４〜３０６）。既述したように所要のクラッ
チ締結応答とクラッチ回転数との関係は実験的に求める
ことができるので、図５に例示したように前記弱励磁電
流Ｉｃをクラッチ回転数Ｎｃに応じて付与するようなテ
ーブルを予め用意しておき、これを検索することで適切
な弱励磁電流Ｉｃを速やかに決定することができる。

【００２６】次にエンジン２が停止しているか否かをエ
ンジン回転数Ｎｅから判定し、停止していなければ停止
させてから回生トルク演算の処理に移る（ステップ３０
７、３０８）。

【００２７】回生トルク演算では、予め設定したテーブ
ル検索等の処理により目標回生トルクＴｒを設定する
（ステップ３０９）。このときの目標回生トルクＴｒ
は、基本的にはモータ４の回転数（この場合クラッチ回
転数Ｎｃに等しい）の関数として求められるもので、例
えばエンジン２によるエンジンブレーキトルクに相当す
る回転抵抗が生じるようにモータ４に発電作動させるた
めの設定値である。ただし本発明ではクラッチ３に弱励
磁電流を与え、停止状態としたエンジン側との間に若干
の引きずりを発生させているので、この引きずりトルク
ΔＴを補正量として前記目標トルクＴｒから減じること
でモータ４が発生すべき正味のトルクに補正し、これに
基づいてモータ４に回生作動をさせている（ステップ３
１０、３１１）。前記引きずりトルクΔＴについても実
験的に求められるので、図６に例示したように引きずり
トルクΔＴを弱励磁電流Ｉｃに応じて付与するようなテ
ーブルを予め用意しておき、このテーブル検索すること
で適切な引きずりトルクΔＴひいては目標回生トルクＴ
ｒを設定することができる。

【００２８】一方、ステップ３０２〜３０３の判定処理
にて非減速時であると判定されたときには、エンジン回
転数Ｎｅを所定の判定値Ｎ１と比較することでエンジン
２が始動しているか否かを判定し、Ｎｅ＜Ｎ１のときは
未始動と判定してエンジン２を始動させてから上記回生
制御を停止状態とし、クラッチ３を締結する（ステップ
３１２〜３１５）。これによりエンジン２が車両の駆動
装置に連結されてエンジン出力が車両の駆動に利用され
る状態となる。図示しないがこのときの車両駆動力は必
要に応じてモータ４も負担し、減速から加速へと転じた
ときには所要の駆動力が得られるようにモータ４は回生
作動から力行作動へと制御が切り換えられることにな
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】〜

【図２】本発明が適用可能なハイブリッド車両の構成例
を示す概略構成図。

【図３】電磁クラッチの励磁電流と応答時間との関係を
示す特性線図。

【図４】本発明の一実施形態による制御内容を示す流れ
図。

【図５】クラッチ回転数と励磁電流との関係を示す特性
線図。

【図６】クラッチ励磁電流と引きずりトルクとの関係を
示す特性線図。

【符号の説明】

１，４ モータ ２ エンジン ３ クラッチ ５ 無段変速機 ９ 油圧装置 １０ 油圧発生用モータ １５ バッテリ １６ コントローラ ２０ キースイッチ ２１ セレクタレバースイッチ ２２ アクセルセンサ ２３ ブレーキスイッチ ２４ 車速センサ ２５ 温度センサ ２６ バッテリＳＯＣ検出装置 ２７ エンジン回転数センサ ２８ アクセル開度センサ ２９ クラッチ回転数センサ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ Ｂ６０Ｋ 6/04 ５５１ Ｂ６０Ｋ 6/04 ７３１ ７３１ 41/00 ３０１Ａ 41/00 ３０１ ３０１Ｂ ３０１Ｃ 41/02 41/02 Ｂ６０Ｌ 11/14 Ｂ６０Ｌ 11/14 Ｆ０２Ｄ 29/00 Ｈ Ｆ０２Ｄ 29/00 29/02 Ｄ 29/02 Ｆ１６Ｄ 37/02 ＺＨＶＡ (56)参考文献 特開 平６−117456（ＪＰ，Ａ) 特開 平10−246134（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−231834（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−1644（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−135694（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) F16D 48/00 - 48/12 B60K 6/02 - 6/06 B60K 41/00 - 41/28 F02D 29/00 - 29/06 B60L 11/02 - 11/16

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】励磁電流に応じてエンジンと駆動装置との
    間の締結トルクを可変制御可能な電磁クラッチと、 電磁クラッチの出力軸側の回転数を検出する回転数検出
    装置と、 車両の加減速状態を検出する車両状態検出装置と、 車両の駆動装置に連結した回転電機と、 車両減速時に電磁クラッチの締結トルクを減殺すると共
    に前記回転電機によりエネルギ回生を行わせる回生制御
    装置とを備え、 前記回生制御装置は、回転数検出手段からの信号に基づ
    き、車両減速時に検出回転数が低下するほど増大する特
    性の弱励磁電流を電磁クラッチに供給するように構成し
    た車両制御装置。
  2. 【請求項２】回生制御装置は、減速時の回転電機による
    回生トルクを、弱励磁電流による電磁クラッチの引きず
    りトルクにより補正するようにした請求項１に記載の車
    両制御装置。
  3. 【請求項３】回生制御装置は、減速時に電磁クラッチの
    締結トルクを減殺すると共にエンジンを停止させ、減速
    から加速に移行したときにはエンジンを始動したのちに
    電磁クラッチの締結トルクを増大してエンジン出力を駆
    動装置に伝達させるようにした請求項１に記載の車両制
    御装置。
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