JP3623348B2

JP3623348B2 - 車両の蓄圧エネルギ回生装置

Info

Publication number: JP3623348B2
Application number: JP26378997A
Authority: JP
Inventors: 義孝西山; 秀一中村; 博三宅; 和則綾部; 長吉中園
Original assignee: UD Trucks Corp
Current assignee: UD Trucks Corp
Priority date: 1997-09-29
Filing date: 1997-09-29
Publication date: 2005-02-23
Anticipated expiration: 2017-09-29
Also published as: JPH1199845A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は車両の蓄圧エネルギ回生装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
蓄圧式ハイブリッド車両として、制動エネルギを油圧ポンプ・モータを介してアキュームレータに蓄圧し、その蓄圧力を車両の駆動エネルギとして発進時や加速時に油圧ポンプ・モータを介して回生するようにしたものが知られている（特開平７ー１４９２１２号公報など）。アキュームレータ側の高圧配管を開閉するシャットオブバルブが設けられ、油圧ポンプ・モータとともにコントローラにより制御される。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
エネルギ回生中はシャットオフバルブを開いて油圧ポンプ・モータをモータ側へ作動させるが、車両の加速に伴う変速時には、アクセルペダルが戻されるとシャットオフバルブをいったん閉じ、変速操作の完了に伴いアクセルペダルが踏み込まれると開くように制御している。シャットオフバルブが閉じると、その間は高圧配管の油圧ポンプモータ側の油圧が低圧側へ逃げるから、シャットオフバルブの前後に圧力差を生じるようになり、変速操作の完了に伴いシャットオフバルブが開くと、その瞬間に高圧のアキュームレータ側から低圧の油圧ポンプ・モータ側へ油圧が一気に流れ込む。そのため、油圧ポンプ・モータ側の急激な圧力変動により、『ゴン』という衝撃的な音や振動が発生することが考えられる。
【０００４】
この発明はこのような問題点を解決する有効な手段の提供を目的とする。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
第１の発明では、アキュムレータ側の高圧配管と、リザーバタンク側の低圧配管と、これらの間に介装される油圧ポンプ・モータと、高圧配管の途中を開閉するシャットオフバルブと、油圧ポンプ・モータを介して車両の制動エネルギをアキュムレータに蓄圧し、その蓄圧力を車両の発進時や加速時に駆動エネルギとして油圧ポンプ・モータを介して回生するようにした装置において、エネルギ回生中に変速操作が行われると、シャットオフバルブを開き状態に保ちながら、変速操作期間は油圧ポンプ・モータを中立位置に制御する手段を設ける。
【０００６】
第２の発明では、第１の発明において、変速操作の開始時期から所定時間が経過する、アキュームレータの蓄圧レベルが下限値に達する、ブレーキペダルが踏み込まれる、の少なくとも１つの条件を満たすと、変速操作中のシャットオフバルブを閉じる制御を行う手段を設ける。
【０００７】
【発明の効果】
第１の発明では、エネルギ回生中の変速時（車両の加速に伴う変速の必要なとき）は、シャットオフバルブは開き状態に保たれる。そのため、アキュームレータ側から油圧ポンプ・モータ側へ油圧は流れ続けるが、油圧ポンプ・モータが中立位置に制御されるため、アキュームレータの蓄圧レベルの低下は小さく抑えられる。そして、シャットオフバルブが閉じないから、シャットオフバルブの前後に圧力差を生じないため、油圧ポンプ・モータ側の急激な圧力変動に伴う『ゴン』という衝撃的な音や振動が発生するのを回避することができる。
【０００８】
第２の発明では、エネルギ回生中の変速時は、シャットオフバルブは開き状態に保たれるが、変速操作の開始時期から所定時間が経過する、アキュームレータの蓄圧レベルが下限値に低下する、ブレーキペダルが踏み込まれる、の少なくとも１つの条件が成立すると閉じられる。このため、１回の変速操作に伴う蓄圧レベルの低下量が一定に抑えられるし、油圧ポンプ・モータの回転が駆動系の負荷に変化するのを防止できるほか、ブレーキペダルを踏み込むと、油圧ポンプ・モータのポンプ作動により、蓄圧制動が適確に働くことになる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
図１，図２において、１はエンジン、２はクラッチ、３はトランスミッション、４は駆動軸であり、エンジン回転はクラッチ２を介してトランスミッション３に入力され、トランスミッション３からプロペラシャフトを介して駆動軸４のファナルギヤへ伝達される。ファナルギヤの回転はデファレンシャルを介して左右に振り分けられ、両側の車輪を回転駆動する。ファナルギヤにギヤボックス５を介して油圧ポンプ・モータ６が連結される。ギヤボックス５と油圧ポンプ・モータ６との連結を断続するクラッチ７と、クラッチ７の断続操作を行う作動圧（エア圧）を給排する電磁弁８と、クラッチ７の断続状態を検出するクラッチスイッチ９と、が設けられる。
【００１０】
油圧ポンプ・モータ６は斜軸式のピストンポンプ・モータが用いられ、高圧ポートに配管１０を介してアキュームレータ１１が、低圧ポートに配管１２を介してオイルタンク１３がそれぞれ接続される。アキュームレータ１１は殻体がシリンダ形に形成され、その内部にガス室と油室とに仕切るピストン１４が収装される。アキュームレータ１１の蓄圧量をピストン１４のストローク位置から検出する蓄圧センサ１５が設けられる。高圧側の配管１０にバルブブロック１６が介装され、バルブブロック１６とオイルタンク１３を接続する配管１７が設けられる。この配管１７にオイルフィルタ１８およびオイルクーラ１９（電動ファン付き）が介装され、定常走行中は油圧ポンプ・モータ６を介して作動油を循環させる回路を形成する。
【００１１】
油圧ポンプ・モータ６にはその斜軸角（傾斜角）を検出する斜軸角センサ２０と、作動油の温度を検出する油温センサ２１と、油圧ポンプ・モータ６の斜軸角を要求値に一致させるよう駆動するサーボモータ２２と、が設けられる。油圧ポンプ・モータ６のサーボモータ２２およびクラッチ７と、バルブブロック１６およびブレーキ配管の電磁弁４０を制御するのがハイブリッド運転コントロールユニット３５であり、制御装置３６（エンジンコントロールユニットおよびトランスミッションコントロールユニットなど）との間に信号のやり取りを行う通信回線が設けられる。２７はギヤボックス５のギヤ回転（車速）を検出するギヤ回転センサである。
【００１２】
トランスミッション３とエンジン燃料噴射ポンプ１ａおよびクラッチ２のそれぞれに図示しないが、これらの作動状態を検出する各種センサ類と、これらを作動させるアクチュエータと、が備えられる。２５はアクセルペダルの踏角を検出するアクセル開度センサ、２６はシフトレバーによるシフト位置指示信号を発生するシフトレバー装置であり、制御装置３６はアクセル開度センサ２５の検出信号（アクセル信号）に応じて燃料噴射ポンプ１ａのラック位置（燃料噴射量）を調整する。また、シフトレバー装置２６のシフト位置指示信号に応じてトランスミッション３のギヤシフトを制御する。また、図示しないクラッチペダルの踏み角に応じてクラッチ２のストロークを制御する機能を備える。
【００１３】
車両の変速時は、制御装置３６が運転者の変速操作に基づく要求に応じて各種アクチュエータを作動させる。すなわち、クラッチ２を切断して燃料噴射ポンプ１ａを無負荷状態に戻してから、トランスミッション３のギヤシフトを行うのであり、そのギヤセットが完了すると、燃料噴射ポンプ１ａのラック位置を増量側へ進め、クラッチ２を接続するようになる。
【００１４】
ブレーキ配管においては、前輪（従動輪）側と後輪（駆動輪）側にそれぞれブースタ４１が配置される。これらブースタ４１はダブルチェックバルブ４２から配管４３を介して供給されるエア圧を油圧に変換し、各車輪のブレーキ装置（図示せず）へ配管４４を介して供給する。ダブルチェックバルブ４２の２つの入口はそれぞれ配管４５，４６を介してブレーキバルブ４７に接続される。配管４５にはブレーキバルブ４７の出力圧を一定の割合で減圧するＬＱＲＶ４８（リミティング・クイック・リリースバルブ）が介装される。配管４６にはプロテクションバルブ４９と常閉の電磁弁４０とが並列に介装され、これらの合流部にクイックリリースバルブ５０が設けられる。
【００１５】
ブレーキバルブ４７は配管５３を介してエアタンク５４に接続され、エアタンク５４からの入力圧をペダル踏角に応じた出力圧に調整して配管４５および配管４６へ供給する。プロテクションバルブ４９は、ブレーキバルブ４７の出口圧が所定値以上になると、配管４６ｂを開くようになっている。電磁弁４０はハイブリッド運転コントロールユニット３５により、蓄圧制動の作動時に配管４６ａを閉じる一方、蓄圧制動の非作動時に配管４６ａを開くように制御される。また、油圧ポンプ・モータ６の蓄圧制動力を制御するため、ブレーキバルブ４７の出口圧を検出するブレーキ圧センサ５６と、エアタンク５４の内圧（タンク圧）を検出するタンク圧センサ５７が設けられる。
【００１６】
バルブブロック１６は図２のようにアキュームレータ側の配管１０（高圧配管）を開閉するシャットオフバルブ６０と、チェック弁６２およびアキュームレータ側の最大油圧を制限するリリーフバルブ６３と、を備える。チェック弁６２はオイルクーラ１９側の配管１７を高圧配管１０の油圧ポンプ・モータ側と接続する通路１７ａの途中に介装され、高圧配管１０からオイルクーラ１９側の配管１７への油圧の逆流を阻止する。
【００１７】
シャットオフバルブ６０としては、開弁側の受圧面に作用するアキュームレータ側の油圧力および油圧ポンプ・モータ側の油圧力と、閉弁側の受圧面に作用する油圧力および閉弁方向へ付勢するスプリング力とのバランスに応じて進退する弁体６０ａの小径部６０ｂにより高圧配管１０を開閉する差圧応動型が採用される。開弁側の受圧面と閉弁側の受圧面とは略同等に設定され、閉弁側の受圧面にアキュームレータ側の高圧とオイルタンク側の低圧とを選択的に供給する電磁弁６１を備える。
【００１８】
閉弁側の受圧面に作用する油圧が電磁弁６１を介してオイルタンク側の配管１２（低圧配管）に開放されると、開弁側の受圧面に作用するアキュームレータ側の油圧力および油圧ポンプ・モータ側の油圧力により、弁体６０ａはスプリング６０ｃを圧縮して高圧配管１０を連通させる開き位置へ後退する一方、閉弁側の受圧面に作用する油圧が電磁弁６１を介してアキュームレータ側の高圧に切り替わると、油圧ポンプ・モータ側の油圧がアキュームレータ側の油圧を上回らないかぎり、閉弁側の油圧力およびスプリング力の方が開弁側の油圧力を上回わるため、高圧配管１０を遮断する閉じ位置へ前進するように作動する。６５は低圧配管１２への流量を絞るオリフィスである。
【００１９】
リリーフバルブ６３は高圧配管１０のアキュームレータ側を低圧配管１２と接続する通路６６に介装され、開弁側の受圧面に作用するアキュームレータ側の油圧力およびオイルタンク側の油圧力と、閉弁側の受圧面に作用する油圧力および閉弁方向へ付勢するスプリング力とのバランスに応動する弁体６３ａの小径部６３ｂで通路６６を開閉する差圧応動型が採用される。開弁側の受圧面と閉弁側の受圧面とは略同等に設定され、高圧配管の油圧がスプリング６３ｃの設定荷重を越えると閉弁側の受圧面に作用する油圧力をオイルタンク側の低圧配管１２に開放する油圧パイロット弁６４を備える。弁体６３ａには小径部６３ｂの受圧面から反対側の受圧面に開口するオリフィス通路６３ｄが形成される。
【００２０】
閉弁側の受圧面に作用する油圧が油圧パイロット弁６４を介してオイルタンク側に開放されると、開弁側の受圧面に作用する油圧力により、弁体６３ａはスプリング６３ｃを圧縮して通路６６を連通させる開き位置へ後退し、高圧配管１０の過剰な油圧をオイルタンク側の低圧配管１２へ逃がす。開弁側の受圧面に作用する油圧は、弁体６３ａのオリフィス通路６３ｄを介して閉弁側の受圧面に導入され、弁体６３ａは前後の差圧が小さくなると、スプリング力で通路６６を遮断する閉じ位置へ前進する。
【００２１】
ハイブリッド運転コントロールユニット３５で行われる制御内容を説明すると、定常走行時はバルブブロック１６のシャットオフバルブ６０が閉じる（電磁弁６１への通電をオフする）。油圧ポンプ・モータ６は中立位置に制御するが、油温センサ２１で検出される油温が所定値以上になると、オイルフィルタ１８およびオイルクーラ１９を経由してオイルタンク１３の作動油を循環させるよう、中立位置から一時的にモータ側へ切り替える。
【００２２】
ブレーキ圧センサ５６と蓄圧センサ１５およびギヤ回転（車速）センサの各検出信号に基づいて、アキュームレータ１１の蓄圧レバルに余裕があり、車速が規定範囲内の制動時において、ブレーキバルブ４７の出力圧がプロテクションバルブ４９の開弁圧以下のときは、バルブブロック１６のシャットオフバルブ６０を閉じる一方、ブレーキ回路の電磁弁４０を閉弁するとともにブレーキ回路のリミティング・クイック・リリースバルブ４８を介して削減される分の制動力を補うよう、油圧ポンプ・モータ６をポンプ側へ作動させる。
【００２３】
油圧ポンプ・モータ６がポンプ側に作動すると、高圧配管１０の油圧ポンプ・モータ側の圧力が上昇し、この圧力がアキュームレータ側の油圧を上回ると、油圧ポンプ・モータ側の油圧は、シャットオフバルブ６０を押し開いてアキュームレータ側へ供給される。そのため、ポンプ・モータの斜軸角に応じた制動力を車両の駆動系に及ぼす一方、その制動エネルギをアキュームレータに蓄圧するようになる。
【００２４】
制動時に既述の蓄圧条件を満たさないとき（蓄圧制動の非作動時）は、バルブブロック１６のシャットオフバルブ６０を閉じるとともに油圧ポンプ・モータ６を中立位置に制御する一方、ブレーキ配管の電磁弁４０を開弁する。
【００２５】
アクセル開度センサ２５の検出信号およびギヤ回転センサ２７の検出信号とから、車両の発進時や加速時を判定すると、アキュームレータ１１の蓄圧レベルが所定値以上の蓄圧状態のときに限り、バルブブロック１６のシャットオフバルブ６０を開く（電磁弁６１への通電をオンする）とともに油圧ポンプ・モータ６をモータ側へ作動させることにより、車両の駆動系にアキュームレータ１１の蓄圧エネルギを回生する。また、エンジン燃料噴射ポンプ１ａのアクセル開度に応じた燃料噴射量から回生エネルギ分の燃料噴射量を削減するラック信号を出力する。
【００２６】
エネルギ回生中の変速時（車両の加速に伴う変速操作が行われるとき）は、アクセル開度センサ２５の検出信号からアクセルペダルの解放を判定すると、バルブブロック１６のシャットオフバルブ６０を開き状態（電磁弁６１への通電をオン）に保ちながら、油圧ポンプ６を中立位置に戻すように制御する。アクセルペダルが再び踏み込まれると、変速操作の完了を判定し、油圧ポンプ・モータ６をモータ側へ作動させる。
【００２７】
図３，図４はシャットオフバルブ６０について、エネルギ回生中の変速時に行われる制御内容を説明するフローチャートであり、ステップ１でアクセルペダルが初期位置（解放状態）へ戻されると、ステップ２へ進む。ステップ２では所定条件が成立するかどうかを判定し、その条件が成立するときにステップ３でシャットオフバルブ６０を閉じる。図４は図３のステップ２で行われるサブルーチンであり、ステップ２ａでアキュームレータの蓄圧レベルが下限値に達したかどうか、ステップ２ｂでアクセルペダルの解放時点（変速操作の開始時期に相当する）から所定時間が経過したかどうか、ステップ２ｃでブレーキペダルが踏み込まれたかどうか、を判定する。そして、ステップ２ａ〜２ｃの判定の少なくとも１つがｙｅｓのときは、ステップ３へと進む一方、これらの判定がすべてｎｏのときは、ステップ１へリターンする。
【００２８】
アクセル開度センサ２５の検出信号は制御装置３６に入力され、ハイブリッド運転コントロールユニット３５へ通信される。また、制御装置３６においては、所定条件が成立するとハイブリッド運転の許可信号を出力する。ハイブリッド運転コントロールユニット３５ではその許可信号の入力時にのみ、既述のように制動エネルギの蓄圧とその回生を制御する。エンジン燃料噴射量のラック削減信号は、ハイブリッド運転コントロールユニット３５から制御装置３６へ通信され、エンジンコントロールユニットを介して燃料噴射ポンプ１ａのラック位置を減少補正する。
【００２９】
このような構成により、蓄圧制動の作動時においては、ブレーキバルブ４７の出力圧はリミティング・クイック・リリースバルブ４８を介して一定の割合で削減してブースタ４１へ供給される。ブレーキバルブ４７の出力圧が所定値以上になると、プロテクションバルブ４９が開弁するため、ブレーキバルブ４７から削減されない出力圧がブースタ４１へ供給される。蓄圧制動の非作動時は、電磁弁４０が開弁するため、プロテクションバルブ４９の開閉に拘わらず、ブレーキバルブ４７から削減されない出力圧がブースタ４１へ供給される。このため、通常のブレーキ操作時は、サービスブレーキの制動力が一定の割合で削減され、その分は油圧ポンプ・モータ６の蓄圧制動力で補われるため、従前のサービスブレーキと同等の車両制動力が得られる。急制動時や蓄圧制動の非作動時には、プロテクションバルブ４９や電磁弁４０を介してサービスブレーキの制動力削減がキャンセルされ、サービスブレーキはブレーキペダルの要求値（ペダル踏角）に相当する制動力を発生する。
【００３０】
エネルギ回生時においては、油圧ポンプ・モータ６がモータ側へ切り替わり、シャットオフバルブ６０が開くことにより、車両の駆動系にアキュームレータ１１の蓄圧力が駆動エネルギとして回生される。車両の加速に伴う変速時は、図５のようにアクセルペダルが解放されても、シャットオフバルブ６０は開き状態に保たれる。アキュームレータ側からシャットオフバルブ６０を通して油圧ポンプ・モータ側へ油圧（図２のＰ_１）は流れ続けるが、油圧ポンプ・モータ６が中立位置に制御されるため、アキュームレータ１１の蓄圧レベルの低下は小さく抑えられる。この変速操作中は、エンジンからの動力伝達が遮断され、エネルギ回生も中止されるから、車両は空走状態になるが、アクセルペダルが踏み込まれると、変速（この場合、シフトアップ）後のギヤ比に基づいて車速がさらに上昇するようになる。
【００３１】
このようにエネルギ回生中の変速時において、シャットオフバルブ６０を開き状態に保つことにより、シャットオフバルブ６０の前後に圧力差（図２において、Ｐ_１−Ｐ_２）は生じないから、油圧ポンプ・モータ側の急激な圧力変動に伴う、『ゴン』という衝撃的な音や振動の発生を回避することができる。また、既述のような条件の少なくとも１つが成立すると、変速操作中にシャットオフバルブ６０は閉じられるため、１回の変速操作に伴う蓄圧レベルの低下量が一定に抑えられるし、油圧ポンプ・モータ６の回転が駆動系の負荷に変化するのを防止できるほか、ブレーキペダルの踏み込むと、油圧ポンプ・モータ６のポンプ作動により、蓄圧制動が適確に働くことになる。
【００３２】
エンジン回生の開始に際しても、シャットオフバルブ６０の前後の圧力差（Ｐ_１−Ｐ_２）が大きいときは、シャットオフバルブ６０を開くと、油圧ポンプ・モータ側の急激な圧力変動により、『ゴン』という衝撃的な音や振動を発生しやすい。その対策としてシャットオフバルブ６０を開く前に油圧ポンプ・モータ６をいったんポンプ側へ作動させることにより、シャットオフバルブ６０の前後の圧力差（Ｐ_１−Ｐ_２）を小さくしてから、油圧ポンプ・モータ６の作動をモータ側へ切り替えるとともにシャットオフバルブ６０を開くようにすると良い。
【図面の簡単な説明】
【図１】蓄圧エネルギ回生装置の全体構成図である。
【図２】バルブブロックの回路構成図である。
【図３】シャットオフバルブの制御内容を説明するフローチャートである。
【図４】シャットオフバルブの制御内容を説明するフローチャートである。
【図５】シャットオフバルブの制御内容を説明する特性図である。
【符号の説明】
５ギヤボックス
６油圧ポンプ・モータ
１１アキュームレータ
１３オイルタンク
１６バルブブロック
３５ハイブリッド運転コントロールユニット
６０シャットオフバルブ
６１電磁弁
６２チェック弁
６３リリーブバルブ
６４油圧パイロット弁
６８ａ，６８ｂ圧力センサ

Claims

アキュムレータ側の高圧配管と、リザーバタンク側の低圧配管と、これらの間に介装される油圧ポンプ・モータと、高圧配管の途中を開閉するシャットオフバルブと、油圧ポンプ・モータを介して車両の制動エネルギをアキュムレータに蓄圧し、その蓄圧力を車両の発進時や加速時に駆動エネルギとして油圧ポンプ・モータを介して回生するようにした装置において、エネルギ回生中に変速操作が行われると、シャットオフバルブを開き状態に保ちながら、変速操作期間は油圧ポンプ・モータを中立位置に制御する手段を設けたことを特徴とする車両の蓄圧エネルギ回生装置。
変速操作の開始時期から所定時間が経過する、アキュームレータの蓄圧レベルが下限値に達する、ブレーキペダルが踏み込まれる、の少なくとも１つの条件を満たすと、変速操作中のシャットオフバルブを閉じる制御を行う手段を設けたことを特徴とする請求項１に記載の蓄圧エネルギ回生装置。