JP3689908B2

JP3689908B2 - ハイブリッド自動車

Info

Publication number: JP3689908B2
Application number: JP2001293151A
Authority: JP
Inventors: 精一中林; 宣英瀬尾; 健治高椋; 純司金石
Original assignee: Mazda Motor Corp
Current assignee: Mazda Motor Corp
Priority date: 2001-09-26
Filing date: 2001-09-26
Publication date: 2005-08-31
Anticipated expiration: 2021-09-26
Also published as: JP2003102108A

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る。
【０００２】
【従来の技術】
バッテリの電力により駆動力を発生する駆動用モータと、エンジンとを併用して走行するハイブリッド自動車が知られている。このようなハイブリッド自動車では、車両の減速時、車輪スリップ時に、駆動用モータ等を発電機として作動させて、車輪の回転（運動）エネルギを電気エネルギに変換してバッテリに蓄える回生を行うことによって、エネルギの効率的な利用を図っている。減速時の回生では、運転者がブレーキペダルを踏み込んだ時に、ブレーキペダルが発生させた油圧による制動力に加えて、発電機の回転させることによって生じる抵抗を制動力として車輪に作用させている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ここで、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。従って、減速時の回生中に、回生によって生じた電気によってバッテリの充電率が上昇しバッテリの充電率が上限値に達すると、それ以上の回生が不可能となり、回生が中止される。このため、車輪に作用していた２つの制動力の一方である回生による制動力が、作用しなくなり、ブレーキペダル踏み込み量が一定であるにもかかわらず制動力が減少する、即ち、ブレーキの効きが悪くなる。この結果、運転者のブレーキフィールが変化し、場合によっては、運転者がブレーキを大きく踏み込んで車輪をロックさせ、車両の挙動が不安定になる等の問題があった。
【０００４】
また、駆動輪のスリップを発電機に吸収させる回生も行っているハイブリッド自動車では、スリップが生じ易い低μ路等では、必然的に回生量が多くなり、バッテリの充電率は上限値に近づいている。このため、低μ路の走行中等には、回生の中止によるブレーキフィールの変化が起こりやすくなる。
【０００５】
さらに、バッテリの容量が小さいときには、回生によってバッテリの充電率が上限値を超え易いのでこれらは特に大きな問題となる。
【０００６】
一方、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、例えば駆動輪がスリップしたときには、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とされる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、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によっても充電される。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、駆動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り、バッテリの充電を行う必要が生じる。バッテリの充電を行うときには、エンジンと発電機の間に配置されたクラッチを締結するが、低μ路走行中には駆動輪がスリップするためエンジンの回転数が大きく変動するので、エンジン側と発電機側との回転同期がとりにくい。この結果、クラッチを締結して充電することができず、バッテリの電気が底をついてしまうことになる。このような問題は、大きな回転差を吸収できない安価なクラッチ、および、蓄電量が少な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。このため、このようなハイブリッド四輪駆動自動車では、低μ路走行中は、エンジンと発電機の間に配置されたクラッチを常時締結状態として、バッテリを常に充電する構成としている。しかしながら、バッテリを常に充電していると、バッテリの充電率が上限値に近づく或いはこれを越え易くなる。この結果、低μ路走行中に、回生制動が行われると、バッテリの充電率が上限値を越え、回生制動が中止され、その結果、ブレーキフィールが変化することが多くなる。
【０００７】
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、回生制動の中止によるブレーキフィールの変化を起こりにくくすることができるハイブリッド自動車を提供することを目的とする。
【０００８】
【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駆動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、路面摩擦係数が所定値より低いときには前記クラッチを常時締結させて前記バッテリを充電する充電手段と、減速時に回生制動を行って前記バッテリを充電するエネルギ回収手段と、該エネルギ回収手段を制御する回生制御手段と、路面摩擦係数が所定値より低く且つ前記バッテリの充電率が所定の第１の値以上であるときは、車載の電気機器を作動させる電気機器作動手段と、を備えていることを特徴とするハイブリッド自動車が提供される。
【００１１】
このような構成によれば、路面摩擦係数が小さい時には、エンジンとの間に配置されたクラッチが締結されて発電機がバッテリを充電しているため、特にバッテリの容量が小さいときには、バッテリの充電率が上限値近傍にあることが多い。そして、バッテリの充電率が上限値に達する可能性が高い、バッテリの充電率が所定値以上のときには、予め、モータ駆動型のエアコン用コンプレッサ、デフロスタ、熱線式のウインドデフォッガ等の車載電気機器を作動させ、電力を消費し、バッテリの充電率を低下させる。この結果、バッテリの充電率が上限値に達する可能性が減らされ、回生制動の中止の可能性も減少する。
【００１２】
本発明のもう一つの好ましい態様によれば、前記回生制御手段は、前記バッテリの充電率および充電速度に基づいて前記回生制動の量を決定する。このような構成によれば、例えば、充電率が高いとき、または、充電速度が大きい時には、回生制動の量を小さくする等して、回生制動の量すなわち回生制動による発電量を制御するので、バッテリの充電が上限値に達しにくくなり、この結果、回生制動の中止が起こりにくくなる。
【００１３】
本発明の好ましい態様は、車輪のスリップ量が所定値を越えると、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、
前記決定された回生制動量に基づいて、前記スリップ制御手段の特性を変更する特性変更手段とを備えている。
【００１４】
このような構成によれば、回生制動の量が変更され、あるいは、回生制動の量が変化してブレーキフィールが変化した結果、運転者が急激なブレーキ操作をすることを想定して、スリップ制御手段の特性を変更しておくことにより、車両の安定性を維持できる。
【００１５】
本発明のもう一つの好ましい態様によれば、前記スリップ制御手段が、車輪に制動力をかけることにより駆動力を低下させるスリップ制御手段であり、前記特性変更手段が前記スリップ制御手段の作動しきい値を低くする。例えば、このようなスリップ制御手段はＡＢＳである。このような構成では、回生制動の量が変更され、あるいは、回生制動の量が変化してブレーキフィールが変化した結果、運転者が急激なブレーキ操作をすることを想定して、ＡＢＳを作動しきい値を低く、即ち、ＡＢＳを作動し易くしておくことにより、車両の安定性を確保できる。
【００１６】
本発明の別の好ましい態様は、運転者によるブレーキ操作を補助するブレーキアシスト手段と、前記決定された回生制動量に基づいて、前記ブレーキアシスト手段の特性を変更する特性変更手段とを備えている。このような構成よれば、回生制動量に応じて、即ち、回生制動による制動力に応じて、ブレーキアシスト手段の特性が変更できるので、回生制動の量が変化してブレーキフィールが変化した結果、運転者が急激なブレーキ操作をすることを想定して、ブレーキアシストの大きさを、例えば、小さくして、車両の安定性を確保できる。
【００１７】
本発明の好ましい態様にれよば、回生制御手段は、前記バッテリ充電率が高いほど前記回生制動量を小さくする。また、本発明の別の好ましい態様によれば、回生制御手段は、前記バッテリ充電率の増加率が高いほど前記回生制動量を小さくする。
【００１８】
本発明のもう一つの好ましい態様によれば、前記バッテリの充電率が前記第１の値より大きい第２の値以上であるときは、前記回生制動を禁止する。このような構成によれば、バッテリの充電率が上限値により近く、従って、駆動輪のスリップ等による回生の結果、充電率が上限値に達する可能性が高いときには、ブレーキフィールを優先して、回生を禁止している。
【００１９】
本発明のもう一つの好ましい態様によれば、路面摩擦係数が前記所定値より極めて低いときには、前記回生制動を禁止させる回生禁止手段を備えている。車両の安定性が極めて失われ易い極低μ路では、回生制御を一切中止することによって、安定性を確保している。
【００２５】
【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。
【００２６】
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、４２Ｖ２０アンペア／ｈｏｕｒ程度のものであり、モータは、例えば、１０ｋｗ程度のものである。
【００２７】
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から給電等の制御、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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
（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。
【００３４】
（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。
【００３５】
（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。
【００３６】
（定常走行時）
定常走行時には、エンジン２は運転され、この駆動力で前輪を駆動して走行する。前輪１０、１０のスリップ検出時、急加速時には、走行用モータ６が作動させられ後輪１４、１４を駆動する。また、本実施形態の自動車１では、前輪１０のスリップは、発電機２によって回生される。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。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路を走行しているときには、クラッチ１８が常時締結とされ、且つ、エンジン回転数が高められ、バッテリ４が充電される。
【００３７】
（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。この回生の制御は、ＥＣＵ２４によって行われる。しかしながら、路面摩擦係数が低い所謂低μ路を走行中は、後述するように、ＥＣＵ２４によって、異なった回生制御が行われる。
【００３８】
次に、図２のフローチャートに沿って、ＥＣＵ２４によって行われる低μ路走行時の回生制御について説明する。まず、制御が開始されると、ＥＣＵ２４は低μ路走行中であるか否かを判定する（ステップＳ１）。この判定は、例えば、車輪速センサからの信号に基づいて行われる。ステップＳ１のＮＯ即ち低μ路でないときには、リターンして、通常の回生制御が行われる。ステップＳ１のＹＥＳ即ち低μ路を走行中であると判定されたときには、ステップＳ２に進み、バッテリ４の充電率および充電速度を検出する。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。また、充電速度とは、単位時間あたりの充電量（充電量の増加率）、即ち、どの程度の速さで充電が行われるかを示す値である。この充電速度は、エンジンの回転数に基づいて算出される。
【００３９】
次いで、ステップＳ３に進み、バッテリ４の充電率および充電速度に基づいて、回生制動量を決定（補正）する。回生制動量とは、車輪１０、１４によって、走行用モータ６および発電機２０を駆動させて発電（回生）することによって、制動力として車輪の作用させる負荷を意味する。回生制動量は、図３のグラフに示されているように、基本的には、バッテリ４の充電率が大きくなるほど、小さい値となるように設定される。また、回生制動量は、車輪のスリップによる回生が発生し易い低μ路のほうが、高μ路より小さく設定される。さらに、μが同じであっても、充電速度が高いときのほうが、充電速度が低いときより、回生制動量は小さく設定される。本実施形態では、例えば図３のグラフに示されているように、充電速度が小で高μ路のとき（▲１▼）が、最も回生制動量が大きく、次に、充電速度が小で低μ路のとき（▲２▼）、次に、充電速度が大で高μ路のとき（▲３▼）、そして、最も低いのが、充電速度が大で低μ路のとき（▲４▼）とされている。
【００４０】
次いで、スリップ４に進み、ステップＳ３で決定した回生制動量と、通常の回生制動量との差、即ち、補正量（低下量）に応じて、ＡＢＳ装置、ブレーキアシスト（ＢＡ）装置の特性を変更する。具体的には、低下量が大きい程、ＡＢＳ装置の作動しきい値を下げ、ＡＢＳ装置を作動し易くすると共に、ＢＡ装置のブレーキアシスト量を減少させ過剰なブレーキアシストが行われないようにする。これは、車輪のロックを未然に防ぐためである。すなわち、回生制動量が減少すると車輪にかかる総制動力が減少するため、運転者はブレーキの効きが悪くなったと感じ、ブレーキを急激に大きく踏み込み車輪をロックさせることがある。このため、本実施形態では、ＡＢＳ装置の作動しきい値を下げ、ＡＢＳ装置を作動し易くさせておくとともに、ＢＡ装置のアシスト量を低下させておき、ブレーキペダルが急激に踏み込まれても、車輪がロックしにくくなるように構成されている。本実施形態では、ＡＢＳ装置およびＢＡ装置の特性は、回生制動量の低下量と対してリニアに変更されているが、これに限定されるものではない。
【００４１】
次いで、ステップＳ５に進み、充電率が所定値ａ以上であるか否かを判定する。ａはバッテリ４の充電率の上限値に近い値とされている。ステップＳ５でＹＥステップＳすなわちバッテリ４の充電率が所定値ａ以上であると判定されたときには、スリップ６に進み、回生を禁止するととも、バッテリ４に接続された、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電気機器２２を作動させ、バッテリ４の電力を消費する。
【００４２】
ステップＳ５でＮＯすなわちバッテリ４の充電率が所定値ａより小さいときには、ステップＳ６に進み、バッテリ４の充電率が、前記所定値ａより小さな所定値ｂより大きいか否かを判定する。ステップＳ６でＹＥＳ即ちバッテリ充電率がｂ以上且つａ未満であるときには、ステップＳ８に進み、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電気機器２２を作動させ、バッテリ４の電力を消費する。ステップＳ７でＮＯのときには、ステップＳ９に進み、ステップＳ６、ステップＳ８等で設定されていた補正制御をキャンセルし、リターンする。
【００４３】
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。
【００４４】
上記実施形態では、低μ路且つ充電率が一定以上のときに、回生制動を禁止する構成であった、本発明は、低μ路または極低μ路であれば、一律に、回生制動を禁止する構成でもよい。
【００４５】
又、バッテリの充填量が所定以上のときに、一律に、回生制動を禁止する構成でもよい。
【００４６】
さらに、上記実施形態は、エンジンで駆動される１つの駆動輪がスリップしたときに、他の２つの車輪をモータで駆動するスタンバイ式の四輪駆動車であったが、本発明は、バッテリ駆動のモータが、エンジンで駆動される車輪の駆動をアシストするタイプのハイブリッド自動車にも適用可能である。
【００４７】
【発明の効果】
本発明によれば、回生制動の中止によるブレーキフィールの変化を起こりにくくすることができる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によって行われる低μ路走行時の回生制御の内容を示すフローチャートである。
【図３】バッテリ充電率等と、回生制動量との関係を示すグラフである。
【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

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駆動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、路面摩擦係数が所定値より低いときには前記クラッチを常時締結させて前記バッテリを充電する充電手段と、
減速時に回生制動を行って前記バッテリを充電するエネルギ回収手段と、
該エネルギ回収手段を制御する回生制御手段と、
路面摩擦係数が所定値より低く且つ前記バッテリの充電率が所定の第１の値以上であるときは、車載の電気機器を作動させる電気機器作動手段と、を備えていることを特徴とするハイブリッド自動車。
前記回生制御手段は、前記バッテリの充電率および充電速度に基づいて前記回生制動の量を決定する、
請求項１に記載のハイブリッド自動車。
車輪のスリップ量が所定値を越えると、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、
前記決定された回生制動量に基づいて、前記スリップ制御手段の特性を変更する特性変更手段と、
を備えている請求項２に記載のハイブリッド自動車。
前記スリップ制御手段が、車輪に制動力をかけることにより駆動力を低下させるスリップ制御手段であり、
前記特性変更手段が前記スリップ制御手段の作動しきい値を低くする、
請求項３に記載のハイブリッド自動車。
運転者によるブレーキ操作を補助するブレーキアシスト手段と、
前記決定された回生制動量に基づいて、前記ブレーキアシスト手段の特性を変更する特性変更手段と、を備えている、
請求項２に記載のハイブリッド自動車。
前記回生制御手段は、前記バッテリ充電率が高いほど前記回生制動量を小さくする、
請求項１ないし５のいずれか１項に記載のハイブリッド自動車。
前記回生制御手段は、前記バッテリ充電率の増加率が高いほど前記回生制動量を小さくする、
請求項１ないし６のいずれか１項に記載のハイブリッド自動車。
前記バッテリの充電率が前記第１の値より大きい第２の値以上であるときは、前記回生制動を禁止する、
請求項１ないし７のいずれか１項に記載のハイブリッド自動車。
路面摩擦係数が前記所定値より極めて低いときには、前記回生制動を禁止させる回生禁止手段を備えている、
請求項１ないし８のいずれか１項に記載のハイブリッド自動車。