JP3612706B2 - ハイブリッド自動車 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ハイブリッド自動車に関するものであり、より詳細には、所定条件下で四輪駆動モードとなるハイブリッド自動車に関連するものである。
【０００２】
【従来の技術】
エンジンにより２つの車輪を常時駆動するとともに、所定条件、例えば低μ路走行時、急加速時、悪路走行時等に、バッテリ駆動のモータによって他の２つの車輪を駆動して四輪駆動モードとされる、所謂スタンバイ型のハイブリッド自動車が提案されている。このハイブリッド自動車では、バッテリは、減速時の回生の他、必要に応じて、エンジンの出力軸にクラッチを介して連結された発電機からも充電される。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
このようなハイブリッド自動車では、エンジンによって駆動されている車輪のスリップが頻繁に起こる低μ路走行時には、走行用モータが頻繁に作動してバッテリからの電力消費が多くなる。また、低μ路、悪路では、一般に車両速度が低くなるため、エンジン回転が低くなり、十分な発電が行えないこともある。このような理由から、バッテリからの電力不足して走行用モータを駆動できなくなり、四輪駆動状態が維持できなくなることもある。この問題は、小型軽量化等のために容量の小さなバッテリを使用している構成で特に起こりやすい。
【０００４】
また、バッテリは、その性能を維持するため、所定の上限値（上限の充電率すなわち蓄電量）以上には充電できないため、エンジンと発電機との間にクラッチを設け、通常は、エンジンと発電機を切り離しておき、バッテリの蓄電量が低下したときに、このクラッチを締結してエンジンの駆動力を発電機に伝えて発電機を作動させ、バッテリを充電する。しかし、低μ路走行など四輪駆動モードでは、駆動輪がスリップによってエンジンの回転数が大きく変動しており、エンジン側と発電機側との回転同期がとりにくい。このため、クラッチを締結するタイミングがとりづらく、バッテリの蓄電量が不足しているにもかかわらず、クラッチを締結して発電機を作動させて充電することができなくなり、バッテリの電気が底をついて、四輪駆動状態を維持できなくなるという問題がある。このような問題は、回転差が大きいとショック無しで締結が行えない安価なクラッチ、または、容量が小さい小型のバッテリを使用して、上述したようなハイブリッド四輪駆動自動車を構成したときに、特に問題となる。
【０００５】
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、バッテリが電力不足を起こしにくいハイブリッド自動車を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、エンジンにより２つの車輪が常時駆動されるとともに、所定条件下ではバッテリにより駆動される走行用モータにより他の２つの車輪が駆動されて四輪駆動とされるハイブリッド自動車であって、前記エンジンにクラッチを介して連結された発電機を作動させて前記バッテリを充電する充電手段であって、前記バッテリ蓄電量低下時および前記走行用モータ作動時に前記クラッチを締結して前記バッテリを充電する充電手段と、前記走行用モータ作動時に前記発電機の発電量を増大させる発電量制御手段と、車輪のスリップ量が作動開始しきい値を越えると、該車輪の駆動力を低下させて該車輪のスリップを抑制するスリップ制御手段と、を備え、前記充電手段は、前記バッテリの充電率が第１の所定値より大きいときには、前記クラッチの締結を解除するとともに、前記スリップ制御装置の前記作動開始しきい値を低下させる、ことを特徴とするハイブリッド自動車が提供される。発電量を増大させる方法としては、エンジン回転の増大、発電機の特性変更等がある。
【０００７】
このような構成によれば、バッテリの電力が消費され、且つ、発電機からの充電量が低下する可能性が高い走行用モータ作動時には、発電量制御手段が、発電量を増大させるので、バッテリが電力不足を起こしにくい。
【０００８】
また、このような構成によれば、バッテリの充電量が極めて多く、即ち、充電率の上限値に近いときには、クラッチを切って、エンジンによる発電を中止するとともに、スリップ制御手段を作動し易くしているので、スリップによるエンジンの回転の変動が抑制され、バッテリ充電率が低下してきたときに、クラッチが容易に締結できる。
【０００９】
本発明の好ましい態様によれば、前記充電手段は、前記バッテリの充電率が第１所定値より小さい第２の所定値より大きいときには、前記クラッチの締結を継続するとともに車載の電気機器を作動させる。
【００１０】
このような構成によれば、クラッチの締結が維持されるので、駆動輪のスリップ等によってエンジンの回転数が変動しても、所望のタイミングでクラッチが締結できずバッテリの電力が不足することが防止される。クラッチの締結が維持されているために生じる過剰な電力は、エアコン用コンプレッサを駆動するモータ、デフロスタ、熱線式のウインドデフォッガ等、作動させても乗員に悪影響を与えない車載の電気機器を作動させることによって消費し、バッテリが過剰に充電されることも防止される。
【００１１】
本発明の別の態様によれば、前記充電手段は、前記バッテリの充電率が、前記第１の所定値より小さく且つ前記第２の所定値より大きい第３の所定値より大きいときには、前記クラッチの締結を継続するとともに、エンジン出力を抑制して前記発電機による発電量を減少させ且つ前記走行モータによる駆動力を増大させる。
【００１２】
このような構成によれば、クラッチの締結が維持されるので、駆動輪のスリップ等によってエンジンの回転数が変動しても、所望のタイミングでクラッチが締結できない等の事態が回避でき、バッテリの電力が不足することが防止される。また、エンジンの出力が抑制されるので、発電機の発電量が減少され、クラッチの締結が維持されていても過剰な電力が生じない。さらに、エンジンの出力低下は、走行モータの駆動力を増大させることで補われる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の好ましい実施形態について詳細に説明する。最初に、図１に沿って、本発明の実施形態の自動車１を説明する。図１は、本実施形態の自動車１の概略的な構成を示すブロック図である。この実施形態の自動車は、エンジン２によって前輪を常時駆動しており、前輪がスリップしたとき、後輪をバッテリで作動するモータで駆動する所謂スタンバイ四駆である。バッテリは、エンジンによって作動する発電機で充電される他、車両の減速および車輪のスリップ時に行われる回生によっても充電される。
【００１６】
図１に示されているように、自動車１は、パワーユニットとして、エンジン２と、バッテリ４から供給される電力によって駆動される走行用モータ６とを備えている。エンジン２は、ＡＴ８等を介して左右の前輪１０、１０を常時駆動し、走行用モータ６は、前輪がスリップする等の所定の条件下において、電磁クラッチ１２等を介して後輪１４、１４を駆動するように構成されている。エンジン２は、ベルト１６、電磁クラッチ１８を介して、バッテリを充電するための発電機２０を駆動する。走行用モータ６は、例えばＩＰＭ同期式モータが使用され、バッテリ４は例えばニッケル水素電池が搭載されている。バッテリ４には、エアコン用コンプレッサを駆動するモータ、デフロスタ、熱線式のウインドデフォッガ等の車載の電気機器２２も接続されている。バッテリ４は、例えば４２Ｖ ２０アンペア／ｈｏｕｒ程度のものであり、走行用モータ６は、例えば、１０ｋｗ程度のものである。
【００１７】
自動車１は、ＥＣＵ２４を備えている。ＥＣＵ２４は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、インターフェース回路、インバータ回路等を備えている。ＥＣＵ２４には、スロットル開度センサ、車輪速センサ等の種々のセンサからの信号が入力され、点火時期、燃料噴射等のエンジン２の運転制御、走行用モータ６の作動による２輪駆動と４輪駆動との切換制御、発電機２０の作動制御、バッテリ４への充電およびバッテリ４から給電等に関する充電制御、車載電気機器２２の作動制御、クラッチの断続制御等の自動車１に関する種々の制御を統合的に行う。また、ＥＣＵ２４は、自動車１が低μ路走行、悪路走行または急加速などの四輪駆動が必要な走行状態であるか否かを検出し、必要に応じて四輪駆動走行モードに切り換える制御も行う。
【００１８】
また、ＥＣＵ２４は、自動車１に搭載されたブレーキアシスト装置を制御する。このブレーキアシスト装置は、運転者によるブレーキペダル踏み込み速度が所定値より大きいときに、ブレーキ装置２６に作用する油圧を所定量だけ増大させる装置である。本実施形態は、ＥＣＵ２４が回生制動量に応じて、アシスト量を変更できるように構成されている。
【００１９】
さらに、自動車１には、ＡＢＳ装置が搭載されている。このＡＢＳ装置は、各車輪１０、１０、１４、１４に取付けられたブレーキ装置２６と、各ブレーキ装置２６への油圧を制御するスリップ制御ＥＣＵ２８とを備えている。ＡＢＳ装置によるスリップ制御は、運転者のブレーキペダル操作時に、スリップ制御ＥＣＵ２８が各車輪のスリップ率が所定のしきい値を越えているか否かに基づいて、各車輪がロックしそうであるか否かを判定し、ロックしそうであると判定したときには、各車輪へのブレーキ油圧を断続的に解放して、車輪のロックを防止しながら車輪のスリップが目標スリップ率になるようにフィードバック制御を行う。本実施形態の自動車１では、ＥＣＵ２４が回生制動量に応じて、スリップ制御ＥＣＵ２８のしきち値を変更できるように構成されている。
【００２０】
また、本実施形態の自動車１は、トラクションコントロール装置（ＴＲＣ）が搭載されている。このトラクションコントロール装置は、ＥＣＵ２４が、駆動輪（前輪）１０、１０と従動輪である後輪１４、１４の車輪速変化率から路面摩擦係数を推定して、駆動輪がスリップしそうであるか否か（または、しているか否か）を判定する。このスリップ検出は他の方法でもよい。そして、駆動輪がスリップしそうである（または、している）と判定されたときには、エンジンの出力トルクを低下させるとともに各ブレーキ装置２６へのブレーキ油圧を上昇させて、駆動輪のスリップを抑制する。
【００２１】
さらに、本実施形態では、通常の駆動輪である前輪１０、１０のスリップが検出されると、走行モータ６によって後輪１４、１４を駆動させ、４輪駆動モードに移行する。
【００２２】
次に、自動車１の構成要素であるエンジン２、発電機２０、走行用モータ６、バッテリ４の作動を走行状態毎に説明する。
【００２３】
（停車時）
停車時には、エンジン２、発電機２０、走行用モータ６は停止している。但し、エンジン２は、冷間時およびバッテリ４の蓄電量低下時には運転され、発電機２０でバッテリ４を充電する。
【００２４】
（緩発進時）
緩発進時には、エンジン２は運転され、その駆動力で前輪を駆動して発進する。発電機２０は、バッテリ４の蓄電量低下時等に必要に応じて作動させられる。
【００２５】
（急発進時）
急発進時には、エンジン２は運転され、さらに、走行用モータ６も作動させられ、これらの駆動力で四輪を駆動して発進する。発電機２０は、バッテリ４の蓄電量低下時等に必要に応じて作動させられる。
【００２６】
（定常走行時）
定常走行時には、エンジン２が運転され、この駆動力で前輪１０、１０を駆動して走行する。発電機２０は、バッテリ４の蓄電量低下時等に必要に応じて作動させられる。即ち、バッテリ４の蓄電量が所定値以下になると、エンジン２と発電機２０との間に配置されたクラッチ１８が締結されて発電機２０が駆動されてバッテリ４を充電し、バッテリ４の蓄電量が所定値（必要量）に達すると、クラッチ１８の締結が解除され、発電機２０の作動が停止されるという通常の充電制御が行われる。
【００２７】
（四輪駆動走行時）
低μ路走行時、悪路走行時、急加速時には、走行用モータ６が駆動させられ後輪１４、１４を更に駆動する。また、走行用モータ６が駆動される機会が多くバッテリの蓄電量が低下し易い低μ路、悪路を走行しているときには、原則として、クラッチ１８を常時締結して発電が行われる、定常走行時とは異なった充電制御が行われる。
【００２８】
（減速時）
減速時、即ち、ブレーキペダル操作時、および、駆動輪のスリップ時には、原則として、発電機２０、走行用モータ６を発電機として作動させ、自動車１の運動エネルギを電気エネルギに変換（回生）して、バッテリ４を充電する。この回生の制御も、ＥＣＵ２４によって行われる。
【００２９】
次に、図２のフローチャートに沿って、低μ路、悪路を走行しているとき、ＥＣＵ２４によって行われる充電制御を説明する。まず、この制御が開始されると、ＥＣＵ２４は、四輪駆動走行モードであるか否かを判定する（ステップＳ１）。上述したように、本実施形態の自動車１は、低μ路走行時、悪路走行時、急加速時に、走行用モータ６で後輪１４、１４を駆動して、四輪駆動とされるので、この状態であるか否かが判定される。
【００３０】
ステップＳ１でＹＥＳ、即ち、四輪駆動走行モードであると判定されたときには、ステップＳ２に進み、低μ路または悪路走行中であるか否かを判定する。この判定は、車輪速センサからの車輪速信号等に基づいて行われる公知の方法による。ステップＳ２のＹＥＳ即ち低μ路または悪路を走行中であると判定されたときには、ステップＳ３に進み、バッテリ４の充電率が所定値ｄより大きいか否かを判定する。バッテリ４の充電率とは、バッテリ４が、最大容量の何％まで充電されているか、即ち、どの程度の蓄電量があるかを示す値である。この所定値ｄは、バッテリ４の充電率の上限値に近い値であって、例えば、これ以上の充電は不要であり且つこれ以上の充電が行われるとバッテリ４の性能低下等の問題が生じる値が選定される。
【００３１】
ステップＳ３でＹＥＳ即ち所定値ｄより大きいときには、そのまま、リターンする。一方、ステップＳ３でＮＯ即ち充電率が所定値ｄ以下のときには、ステップＳ４に進み、エンジン２と発電機２０との間に配置されたクラッチ１８を締結させ、ステップＳ５に進み、充電量を増加させ且つクラッチ１８の締結を維持するように制御内容の補正を行う。充電量の増加は、エンジン２の回転数を増加させることによって行われるが、これに加えて、発電機２０の特性を変更して発電量を増加させてもよい。
【００３２】
次いで、ステップＳ６に進み、バッテリ４の充電率が所定値ａより大きいか否かを判定する。この所定値ａは、所定値ｄよりかなり小さく、且つ、バッテリ４の充電率の上限値から遠い値であって、例えば、バッテリの充電率がこの値より小さいときには充電が必要である値が選定される。ステップＳ６でＮＯ即ちバッテリ４の充電量が所定値ａ以下であるときには、リターンする。従って、ステップＳ５で設定した補正内容に基づいた充電制御が行われることになる。
【００３３】
一方、ステップＳ６でＹＥＳ即ちバッテリ４の充電量が所定値ａより大きいときには、ステップＳ７に進み、充電量を減少させ且つ電気機器２２を作動させるように制御内容が補正される。充電量の減少では、エンジン回転数を減少させることに加えて、発電機２０の特性を変更して発電量を減少させてもよい。電気機器２２としては、エアコン用コンプレッサを駆動するモータ、デフロスタ、熱線式のウインドデフォッガ等であり、これらを自動的に作動させ、バッテリ４の電力を消費する。このように充電量を減少させ且つ電力を消費することにより、クラッチ締結を維持しつつ、バッテリ４が過剰に充電されることを防止する。
【００３４】
次いで、ステップＳ８に進み、バッテリ４の充電率が所定値ｂより大きいか否かを判定する。この所定値ｂは、所定値ａより大きく、且つ、所定値ｄより小さい値である。ステップＳ８でＮＯ即ちバッテリ４の充電量が所定値ｂ以下であるときには、リターンする。従って、ステップＳ７で設定した補正内容に基づいた充電制御が行われることになる。
【００３５】
一方、ステップＳ８でＹＥＳ即ちバッテリ４の充電量が所定値ｂより大きいときには、ステップＳ９に進み、エンジン２の回転数を抑制（減少）させ且つ走行用モータ６の出力を増加させるように制御内容が補正される。したがって、エンジン２の回転数の減少によってバッテリ４の充電量が減少される。エンジンの回転数減少による出力低減は、走行用モータ６の出力増加で補われる。このように充電量を減少させ且つ走行用モータ６で電力を消費することにより、クラッチ締結を維持しつつ、バッテリ４が過剰に充電されることを防止する。また、エンジン２の出力低下を走行用モータ６の出力増加で補っているので、走行安定性も維持される。
【００３６】
次いで、ステップＳ１０に進み、バッテリ４の充電率が所定値ｃより大きいか否かを判定する。この所定値ｃは、所定値ｂより大きく、且つ、所定値ｄより小さい値である。ステップＳ１０でＮＯ即ちバッテリ４の充電量が所定値ｃ以下であるときには、リターンする。従って、ステップＳ９で設定した補正内容に基づいた充電等に関する制御が行われることになる。
【００３７】
一方、ステップＳ１０でＹＥＳ即ちバッテリ４の充電量が所定値ｃより大きいときには、ステップＳ１１に進み、クラッチ１８の締結を解除し、且つ、トラクションコントロール装置の作動開始しきい値を低下させるように制御内容が補正され、リターンする。したがって、エンジン２からのバッテリ４の充電が停止される。また、トラクションコントロール装置が作動し易くなるので、エンジンの回転が安定し、充電が必要となったとき、クラッチ１８を締結し易くなる。
【００３８】
ステップＳ１およびステップＳ２でＮＯのときには、ステップＳ１２に進み、前回の処理で、ステップＳ５、ステップＳ７、ステップＳ９又はステップＳ１１の補正が行われていた場合には、これをキャンセルしてリターンする。従って、加速時には、ステップＳ５、ステップＳ７、ステップＳ９又はステップＳ１１の補正がおこなわれず、発電量の増大は中止される。
【００３９】
以上のような構成を有する本実施形態の自動車１では、バッテリ４の充電率に関してａ＜ｂ＜ｃ＜ｄなる関係の４つの所定値が設定され、充電率がａ以下のときにはステップＳ５で補正された内容の制御が実行され、充電率がａより大きく且つｂ以下のときにはステップＳ７で補正された内容の制御が実行され、充電率がｂより大きく且つｃ以下のときにはステップＳ９で補正された内容の制御が実行され、充電率がｃより大きく且つｄ以下のときにはステップＳ１１で補正された内容の制御が実行され、充電率がｄより大きいときには、通常の充電制御が実行される。
【００４０】
本発明は上述した実施形態に限定されるものではなくて、特許請求の範囲に記載された事項の範囲内で種々の変更、変形が可能である。
【００４１】
【発明の効果】
本発明によれば、バッテリが電力不足を起こしにくいにハイブリッド自動車が提供される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施形態の自動車の概略的な構成を示すブロック図である。
【図２】ＥＣＵが行う充電制御のフローチャートである。
【符号の説明】
２：エンジン
４：バッテリ
６：走行用モータ
１０：前輪
１４：後輪
２０：発電機
２２：車載電気機器
２４：ＥＣＵ

Claims (3)

1. エンジンにより２つの車輪が常時駆動されるとともに、所定条件下ではバッテリにより駆動される走行用モータにより他の２つの車輪が駆動されて四輪駆動とされるハイブリッド自動車であって、
   前記エンジンにクラッチを介して連結された発電機を作動させて前記バッテリを充電する充電手段であって、前記バッテリ蓄電量低下時および前記走行用モータ作動時に前記クラッチを締結して前記バッテリを充電する充電手段と、
   前記走行用モータ作動時に前記発電機の発電量を増大させる発電量制御手段と、
   車輪のスリップ量が作動開始しきい値を越えると、該車輪の駆動力を低下させて該車輪のスリップを抑制するスリップ制御手段と、を備え、
   前記充電手段は、前記バッテリの充電率が第１の所定値より大きいときには、前記クラッチの締結を解除するとともに、前記スリップ制御装置の前記作動開始しきい値を低下させる、
   ことを特徴とするハイブリッド自動車。
2. 前記充電手段は、前記バッテリの充電率が第１所定値より小さい第２の所定値より大きいときには、前記クラッチの締結を継続するとともに車載の電気機器を作動させる、
   請求項１に記載のハイブリッド自動車。
3. 前記充電手段は、前記バッテリの充電率が、前記第１の所定値より小さく且つ前記第２の所定値より大きい第３の所定値より大きいときには、前記クラッチの締結を継続するとともに、エンジン出力を抑制して前記発電機による発電量を減少させ且つ前記走行モータによる駆動力を増大させる、
   請求項１または２に記載のハイブリッド自動車。

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