JP3700171B2 - 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走行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、蓄電量低下時等に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。このため、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おそれがある。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）以上には充電しない。したがって、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。
【０００５】
しかし、低μ路走行など四輪駆動モードでは、駆動輪の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。
【０００６】
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、電力不足が起こり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。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、エンジンと、該エンジンにクラッチを介して連結された発電機と、該発電機により充電されるバッテリと、該バッテリにより駆動される走行用モータと、前記エンジンにより常時駆動される２つの車輪と、所定条件下で前記走行用モータにより駆動される他の２つの車輪と、を備えたハイブリッド自動車であって、前記エンジンの出力を前記クラッチを介して前記発電機に伝えて前記バッテリを充電する充電手段であって、前記バッテリの蓄電量低下時および前記走行用モータの作動時に前記クラッチを締結させて前記発電機を作動させ前記バッテリを充電する充電手段であって、前記バッテリの充電率が高いときにも前記クラッチの締結を解除しない充電手段と、前記走行用モータ作動時に前記エンジンの回転数を増加させて前記発電機の発電量を増大させ、且つ、前記発電機から前記走行用モータに電力を直接供給させる発電増大手段と、前記走行用モータ作動時の前記車輪のスリップを前記発電機に吸収させ、前記スリップ発生時に前記バッテリの充電率が所定値以上のときには車載の電気機器を作動させ、該電気機器作動後も前記バッテリの充電率が所定値より大きいときには前記スリップによって発電された電力を前記走行用モータに直接供給するスリップ吸収手段と、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。
ここで、バッテリの充電率が高いときとは、例えば、バッテリの充電率が、それ以上の充電は行わない所定の上限値（上限の充電率すなわち蓄電量）以上のときを指す。
【０００８】
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（四輪駆動走行時）には、エンジンによって発電機を作動させるためのクラッチの締結が維持され、且つ、発電量制御手段が発電量を増大させ、且つ、電力を直接、走行用モータに供給するので四輪駆動走行が確実に維持される。さらに、発電量を増大させるためにエンジン出力を増加させることによって生じた車輪のスリップは、エンジンを介して発電機に伝えられ、発電によるエネルギとして吸収される。
さらに、スリップによって過剰な電力が発生しても、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これを消費するので、バッテリが過剰に充電されることも防止される。
【００１２】
【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。
【００１３】
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、クラッチ１８を介して、バッテリ４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、１０ｋｗ程度のものである。
【００１４】
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、車載の電気機器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。
【００１５】
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。
【００１６】
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、常時駆動輪（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駆動輪のスリップを抑制する。このエンジン２の出力トルク低下には、エンジン２に連結された発電機２０の発電量を増加させることよっても実行される。
【００１７】
さらに、本実施形態では、常時駆動輪である前輪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。
【００１８】
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。
【００１９】
（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。
【００２０】
（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。
【００２１】
（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。
【００２２】
（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。
【００２３】
（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、定常走行時とは異なった充電制御が行われる。
【００２４】
（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。
【００２５】
次に、四輪駆動走行モードで行われる充電等の関する制御について説明する。上述したように、本実施形態の自動車１は、低μ路走行、悪路走行または急加速などの際には、走行モータ６によって後輪１４、１４を駆動させる４輪駆動走行モードで走行する。四輪駆動走行モードでは、走行用モータ６を作動させるとともに、走行用モータ６と後輪１４との間に配置されたクラッチ１２を締結することによって、走行用モータ６が後輪１４を駆動できる状態とする。四輪駆動走行モードでは、さらに、エンジン２の出力を増大させると共に、エンジン２と発電機２０の間に配置されたクラッチを常時締結状態とし、さらに、発電機２０で発電された電気をバッテリ４を介すことなく直接、走行用モータ６に供給する。本実施形態の自動車１では、このような制御も、ＥＣＵ２４によって行われる。
【００２６】
次に、図２のフローチャートに沿って、四輪駆動走行モードで行われる充電等の関する制御について説明する。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。
【００２７】
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、エンジン２の回転数を増加させ、エンジン２と発電機２０との間に配置されたクラッチ１８を常時締結状態とし、さらに、発電機２０で発電された電気をバッテリ４を介さずに直接、走行用モータ６に供給させる。この制御により、自動車１は四輪駆動走行になる。エンジン２の回転数増加はシフトダウンで行うのがよい。
【００２８】
次いで、ステップＳ４に進み、走行用モータ６に給電してもなお、余剰の電力が生じているか否かを判定し、ＹＥＳ即ち生じている時には、ステップＳ５でこの余剰電力でバッテリ４を充電する。なお、バッテリ４の充電率が大きく、充電が不可能であるときは、ステップＳ５の充電は行わない。
【００２９】
さらに、ステップＳ６で、生じている前輪のスリップが所定のスリップより大きいか否かを判定する。ステップＳ６でＹＥＳ即ち所定のスリップより大きいと判定されたときにはステップＳ７に進み、スリップを速やかに収束させるべく、通常のトラクションコントロールを行い、リターンする。ステップＳ６でＮＯ即ち所定のスリップ以下であると判定したときには、ステップＳ８に進み、スリップが収束しているか否かを判定する。
【００３０】
ステップＳ８でＹＥＳ即ち前輪のスリップが収束していると判定されたときには、リターンする。又、ステップＳ８でＮＯ即ち前輪スリップが収束していないと判定されたときは、ステップＳ９に進む。本実施形態は、前輪のスリップにより生じたエンジンの回転数上昇を、発電機２０を駆動することによって吸収するように構成されている。
【００３１】
ステップＳ９では、バッテリ４の充電率が所定値以上であるか否かが判定される。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。そして、所定値は、それ以上の充電が可能か否かの上限値である。
【００３２】
ステップＳ９でＮＯ即ち所定値（上限値）より小さいと判定されたときには、ステップＳ１０に進み、スリップによって発電された電力でバッテリ４を充電し、リターンする。ステップＳ９でＹＥＳ即ち充電率が所定値以上であると判定されたときには、ステップＳ１１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作動させても乗員に悪影響を与えない車載の電気機器２２を作動させることによって、スリップによって発電された電力を消費する。さらに、ステップＳ１２に進み、ステップＳ１１の結果充電量が低下して、バッテリ４の充電率が所定値以下になったか否かが判定される。
【００３３】
ステップＳ１２でＹＥＳ即ち充電率が所定値以下になったときには、リターンする。ステップＳ１２でＮＯ即ち充電率が所定値以下になっていないときには、余剰分の電力を走行用モータ６に供給する（ステップＳ１３）。このとき、走行用モータ６の駆動力が大き過ぎるときには、必要に応じて、後輪のブレーキ装置２６の制動圧を作用させる。このように本実施形態では、バッテリの充電率が所定値より大きくても、クラッチ１８の締結は維持される。
【００３４】
又、ステップＳ１又はステップＳ２でＮＯのときには、ステップＳ１４に進み、前回の制御においてステップＳ３等で設定された内容をリセットした後、リターンする。
【００３５】
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。
【００３６】
上記実施形態は、四輪駆動走行モードであっても急加速時には、ステップＳ３以下の制御を行わない構成であったが、四輪駆動走行モードであれば一律にステップＳ３以下の制御を行ってもよい。
【００３７】
【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】四輪駆動走行モードにおいてＥＣＵが行う制御の内容を示す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 (1)

1. エンジンと、該エンジンにクラッチを介して連結された発電機と、該発電機により充電されるバッテリと、該バッテリにより駆動される走行用モータと、前記エンジンにより常時駆動される２つの車輪と、所定条件下で前記走行用モータにより駆動される他の２つの車輪と、を備えたハイブリッド自動車であって、
   前記エンジンの出力を前記クラッチを介して前記発電機に伝えて前記バッテリを充電する充電手段であって、前記バッテリの蓄電量低下時および前記走行用モータの作動時に前記クラッチを締結させて前記発電機を作動させ前記バッテリを充電する充電手段であって、前記バッテリの充電率が高いときにも前記クラッチの締結を解除しない充電手段と、
   前記走行用モータ作動時に前記エンジンの回転数を増加させて前記発電機の発電量を増大させ、且つ、前記発電機から前記走行用モータに電力を直接供給させる発電増大手段と、
   前記走行用モータ作動時の前記車輪のスリップを前記発電機に吸収させ、前記スリップ発生時に前記バッテリの充電率が所定値以上のときには車載の電気機器を作動させ、該電気機器作動後も前記バッテリの充電率が所定値より大きいときには前記スリップによって発電された電力を前記走行用モータに直接供給するスリップ吸収手段と、を備えている、
   ことを特徴とするハイブリッド自動車。

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