JP4394061B2 - ベルト型ハイブリッド車両の回生制動制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、ベルト型ハイブリッド車両の回生制動制御方法に関する。

通常、ベルト型ハイブリッド車両は、ハイブリッド車両が有する自動アイドルストップ機能を持っており、アイドルストップを通じて燃費を改善する。ここで、ベルト型車両とは統合型始動装置（ＩＳＧ）とエンジンとの間のエネルギー伝達がベルトによって行われる車両である。
このような機能は市内走行時に渋滞区間で燃費を約１５％程度向上させる効果がある。
一般に、車両でアイドルストップアンドゴー機能が行われる場合、車両のバッテリーはアイドルストップの間電気エネルギーを消耗することになり、このために車両走行中に充電をしなければならない。
この時、車両走行中にバッテリーを充電する方法として回生制動が利用できるが、回生制動によれば車両減速時の運動エネルギーを電気エネルギーに変えることができる。

ここで言う回生制動は、既存のハイブリッド車両に適用される一般的な概念と同一である。
図１（ａ）及び（ｂ）には一般的な４２Ｖベルト型ハイブリッドシステムが装着された車両の概略的な構成を示している。
図１（ａ）及び（ｂ）に示す車両は、３６Ｖ及び１２Ｖバッテリー１１、１２、統合型始動装置（ＩＳＧ）４０、エンジン５０、変速機６０、ＤＣ変換器３０、ホイール８０、及びシステムを制御するための制御部２０を備えている。

図１（ａ）は車両の走行時にエンジン５０の駆動力がホイール８０に伝達される様子を示しており、図１（ｂ）は動力がホイール８０からＩＳＧ４０に伝達される様子を示している。
図１（ａ）及び（ｂ）を見れば、ＩＳＧ４０とエンジン５０との間の動力伝達がベルト７０によって行われるが、この時、ベルト７０の温度によってエネルギー伝達程度が異なる。
特開２００５−２３８９２２号公報

しかし、従来のベルト型ハイブリッド車両ではベルトの特性及びその他の車両の走行条件を十分に考慮していないという問題点がある。
そこで、本発明の目的は、簡単な構成でありながら回生制動制御性能を向上させて回生制動時の充電電流発生効率を増大させることができる車両の回生制動制御方法を提供することである。

上記目的を達成するため、本発明は、エンジンと始動装置とのエネルギー伝達がベルトにより行なわれるベルト型ハイブリッド車両の回生制動制御方法において、バッテリー充電量（ＳＯＣ）を検出する段階と、前記バッテリー充電量（ＳＯＣ）に基づいて要求充電電流（Ｉｒｅｑ）を決定する段階と、前記要求充電電流に基づいて理論回生制動トルク（Ｔｑ）を決定する段階と、ベルト温度変化によって理論回生制動トルク（Ｔｑ）を補正して目標回生制動トルクを算出する段階と、前記目標回生制動トルクに基づいて回生制動制御を遂行する段階とを含むことを特徴とする。

前記目標回生制動トルクに基づいて回生制動制御を遂行する段階は、車両減速度及びマスターシリンダー作用力を含むパラメーターに基づいて現在回生制動トルクを算出する段階と、前記算出された現在回生制動トルクが前記目標回生制動トルクに近似するように回生制動制御を遂行する段階とを含む。

また、前記目標回生制動トルクを算出する段階は、ベルト温度を求める段階と、前記ベルト温度に基づいてベルト温度定数を求める段階と、前記ベルト温度定数を適用して前記理論回生制動トルクを補償して前記目標回生制動トルクを算出する段階とを含み、前記ベルト温度定数は、前記ベルト温度が設定された温度より高い場合、前記目標回生制動トルクが前記理論回生制動トルクより大きくなるように前記理論回生制動トルクを補償する値であることを特徴とする。

前記ベルト温度を求める段階は、クランク軸の周辺温度を測定する段階と、前記クランク軸の周辺温度に基づいてベルト温度を推定する段階とを含む。
また、前記現在回生制動トルクを算出する段階は、アクセレレーターの作動有無を判断する段階と、アクセレレーターが作動していなければ、ブレーキの作動有無を判断する段階と、ブレーキが作動していると判断されれば、減速度（ＤＥＣ）を検出する段階と、前記減速度（ＤＥＣ）に基づいて全体制動力を計算する段階と、マスターシリンダー作用力に基づいてブレーキ作動力を計算する段階と、前記全体制動力及びブレーキ作動力に基づいて前記現在回生制動トルクを計算する段階とを含む。

前記目標回生制動トルクに基づいて回生制動制御を遂行する段階は、アクセレレーターの作動有無を判断する段階と、アクセレレーターが作動していなければ、ブレーキの作動有無を判断する段階と、前記ブレーキが作動していないと判断されれば、車両が減速中であるかを判断する段階と、車両が減速中であると判断されれば、クランク軸の回転数を計算する段階と、前記クランク軸の回転数が設定された値以上であれば、回生制動を遂行する段階とを含むことができる。

回生制動中断の要否を決定する段階をさらに含み、回生制動中断の要否の決定は車速制限値が設定速度以下であり、モータ回転速度制限値が設定回転速度以下であり、エンジン空回転速度が設定回転速度以下である場合、回生制動の中断を決定することができる。
回生制動中断条件が満たされたかを判断する段階と、前記回生制動中断条件が満たされた場合に回生制動を中断する段階と、回生制動を中断した後、減速度を検出する段階と、
車速またはクランク軸の回転数を検出する段階と、車速または回転数が一定の値以上維持される間には車両の揺動制御（Ａｎｔｉ−Ｆｉｓｈ ｔａｉｌ制御）を遂行する段階とをさらに含むことができる。

本発明による車両の回生制動制御方法によれば、回生制動制御性能を向上させて回生制動時の充電電流発生効率を増大させることができるという効果がある。

以下、本発明の好ましい実施形態を添付した図面を参照して詳細に説明する。下記の説明及び添付図面のような多くの特定の詳細が、本発明のより全般的な理解のために示されているが、これら特定の詳細は、本発明の説明するために例示したものであって、本発明がこれに限定されることを意味するものではない。そして本発明の要旨を不要に分かりにくくする可能性のある公知の機能及び構成に対する詳細な説明は省略する。

以下、説明する実施形態は４２Ｖベルト型車両を一例としているが、必ず４２Ｖ型車両に限られるわけではない。
回生制動は、車両走行エネルギーを電気的エネルギーに回収することであって、このような回生制動は様々な因子によって影響を受ける。例えば、バッテリー充電量（ＳＯＣ）、車両速度（Ｖｃａｒ）、モータトルク（Ｔｑ）、モータ回転速度（ｒｐｍ）、車両減速度（ＤＥＣ）、ホイールシリンダー圧力、要求充電電流（Ｉｒｅｑ）、車両傾斜度（Ｇｄ）、伝達定数（Ｋ）、変速段数（Ｓｈ）等が挙げられる。

本実施形態は、エンジンの動力を変速機を通じて伝達して車輪を駆動する一般走行状態と、車輪の運動エネルギーが変速機、エンジンのクランク軸、及びベルトを通じて統合型始動装置（ＩＳＧ、統合型始動発電機）に伝達されて電気を発生する回生制動状態とを考慮したハイブリッド車両の回生制動を制御する方法に関する。
図１（ａ）及び（ｂ）はベルト型ハイブリッド車両の構成を示した図面であり、図２乃至図４は本発明の実施形態による車両の回生制動制御方法を示したフローチャートである。

以下、図２乃至図４を参照して、ベルトの特性を考慮したベルト型ハイブリッドシステムの回生制動制御ロジックを説明する。
まず、車速センサーは車両走行速度（ｋｍ／ｈ）に対する信号を検出し、このような信号に基づいて車速を計算する（Ｓ１１０）。
そして、クランク軸の回転速度（ｒｐｍ）を検出する（Ｓ１２０）。
この時、制御部ではバッテリー充電量（ＳＯＣ）を検出する（Ｓ１３０）。
ここで、制御部としてはＥＣＵを用いることができる。
前記バッテリー充電量値は電圧が低い時には低く計算され、高い時には高く計算される。回生制動時に目標とする前記バッテリー充電量値は車両の設計条件によって変えることができる。

参考として、バッテリー充電状態によるバッテリー電圧とバッテリー充電量との比率は、電圧が３２Ｖである時にはバッテリー充電量は４０％であり、電圧が３８Ｖである時にはバッテリー充電量は９５％であって目標バッテリー充電量は７５％であるが、必ずこれに限られるわけではない。
バッテリー充電量（ＳＯＣ）が決定されれば、前記バッテリー充電量及び検出された車速、クランク軸の回転数に基づいて要求充電電流（Ｉｒｅｑ）が決定される（Ｓ１４０）。
要求充電電流（Ｉｒｅｑ）はバッテリーを充電するために要求される発電電流Ｉである。

要求充電電流（発電電流）が決定されれば、前記電流Ｉ（Ｉｒｅｑ）に基づいて目標理論回生制動トルク（Ｔｑ）を計算する（Ｓ１５０）。
理論回生制動トルク（Ｔｑ）は車両走行中のモータ自体によって発生するトルクである。モータの逆トルクが大きいほど、回生制動電流が大きく増加して目標バッテリー充電量を維持するための充電電流を大きくする。

次に、検出された車速及びクランク軸の回転速度と、予め設定された車速及びクランク軸の下限値を比較する（Ｓ１６０）。
その結果、検出された車速及びクランク軸の回転速度が下限値以上であれば、ベルトの温度変化によって理論回生制動トルク（Ｔｑ）を補正して目標回生制動トルクを算出する段階に進む（Ｓ２００）。
これは、エンジンの回転数が急激に減少すれば、エンジン始動が不安になる問題があるので、一定の回転数以上の場合のみ回生制動が行われるようにするためである。回転数の下限値は、アイドルの回転数の１０％以上を維持することができて、一般に７５０〜９００ｒｐｍ程度である。

目標回生制動トルクを算出するためには、まずクランク軸の周辺温度を測定する（Ｓ２１０）。
その後、前記クランク軸の周辺温度に基づいてベルト温度を推定する（Ｓ２２０）。
図５は実験によって求められたクランク軸の周辺温度、ベルト温度、及びベルト温度定数の相関関係をグラフにして示した図面である。このようなデータを利用すれば、当該クランク軸の周辺温度に基づいてベルト温度を推定することができる。
ベルト温度が求められれば、前記ベルト温度に基づいてベルト温度定数（Ｋ）を求める（Ｓ２３０）。

前記ベルト温度定数もまた図５に示すように、計算されたベルト温度に対応する値が選択される。
ベルト温度定数（Ｋ）が求められれば、前記ベルト温度定数値に基づいて前記要求充電電流（Ｉｒｅｑ）によって求められた理論回生制動トルク（Ｔｑ）値を補正して目標回生制動トルク（Ｔｑ’）を求める（Ｓ２４０）。

表１は、温度変化によるベルト張力、ベルト温度定数、回生制動トルク、及び回生制動トルクの増／減を示している。
一般に、温度が増加すればベルトの長さが長くなるので、クランク軸とＩＳＧとの間の運動量の伝達が減少してベルトスリップが増加するようになる。これは、即ちベルト張力の減少を発生させる。
すなわち、ベルト温度が増加すればベルトに伝達されるエネルギーの値が減少するのである。
従って、ベルト温度が上昇した場合に、バッテリー充電量検出段階（Ｓ１３０）で求められた回生制動トルク値と同一トルクを得るためには、温度変化によるトルクの変化を補償しなければならない。

本実施形態においてベルト温度定数（Ｋ）は、このようなトルク補正のために使用される。
表１に示すように、例えば温度が０℃である時には回生制動トルクが２０Ｎｍであり、この場合には回生制動トルクの増／減がないので、ベルト温度定数Ｋの値も１になる。
しかし、ベルト温度が５０℃になれば、ベルト張力の低下によって伝達されるエネルギーの損失が発生するので、損失した分だけを補償して回生制動トルクが２４Ｎｍであると仮定して回生制動を遂行しなければならない。

このために、温度が５０℃である場合には、ベルト温度定数Ｋ＝１．２をバッテリー充電量検出段階（Ｓ１３０）で求められたトルクにかけて制御ロジックを行う。
ベルト温度が７５℃以上である場合には、ベルト温度定数はＫ＝１．３になる。
前記ベルトの温度変化によって理論回生制動トルク（Ｔｑ）を補正して目標回生制動トルク（Ｔｑ’）を算出する段階（Ｓ２００）が完了すれば、前記目標回生制動トルクに基づいて回生制動制御が行われる。

以下、目標回生制動トルクに基づいて回生制動制御が行われる段階をより詳細に説明する。
まず、アクセレレーターが作動中であるかを判断する（Ｓ３１０）。
制御部でアクセレレーターの作動有無を検出するのである。
その結果、アクセレレーターが作動していなければ、ブレーキの作動状態を検出する（Ｓ３２０）。
これとは違って、アクセレレーターが作動中であれば、回生制動制御が行われずに判断を完了する（Ｓ３２０’）。
すなわち、回生制動を発生させない車両走行状態であると判断して判断を完了するのである。

一方、前述したブレーキ作動状態検出段階（Ｓ３２０）でブレーキが作動状態であれば、制御部は車両減速度（ＤＥＣ）を検出する（Ｓ３３０）。
車両減速度が求められれば、前記減速度に基づいて減速によって発生する全体制動力（Ｐｔ）を計算する（Ｓ３４０）。
一方、マスターシリンダーではマスターシリンダー作用力（Ｐｍ）を検出する（Ｓ３５０）。
マスターシリンダー作用力（Ｐｍ）が求められれば、これに基づいて下記の数１によってブレーキ作動力（Ｐｃ）を求める（Ｓ３６０）。

Ｐｃ＝Ｍ＊Ｐｍ …［数１］
ここで、Ｍは倍力比である。

全体制動力（Ｐｔ）及びブレーキ作動力（Ｐｃ）が求められれば、下記の（数２）に基づいて現在回生制動力（Ｐｒ）を計算する。

Ｐｔ＝Ｐｃ＋Ｐｒ …［数２］

現在回生制動トルク（Ｐｒ）が求められれば、現在回生制動トルク（Ｐｒ）が計算された目標回生制動トルク（Ｔｑ’）に近づくようにＰｒとＴｑに基づいて回生制動が行われる（Ｓ３８０）。
一方、前述したブレーキ作動状態検出段階（Ｓ３２０）でブレーキが作動状態でなければ、車両減速度（ＤＥＣ）を検出する（Ｓ３３０’）。
その結果、車両が減速中であれば、クランク軸の回転速度（ｒｐｍ）を検出する（Ｓ３４０’）。
その結果、クランク軸の回転速度が予め設定された下限値以上である場合には回生制動が行われる（Ｓ３５０’）。

回生制動の遂行中に、車速または回転数が予め設定された下限値に到達するかを検出し（Ｓ３９０）、下限値に到達すれば様々な条件に基づいて回生制動を中断するかを決定する（Ｓ４１０）。
例えば、車速制限（Ｖｃａｒ＿ｌｉｍｉｔ）値が設定速度（１５ｋｍ／ｈ）以下であり、モータ回転速度制限（ＲＰＭ＿ｌｉｍｉｔ）値が設定回転速度（２１００ｒｐｍ）以下であり、エンジン空回転速度（Ｉｄｌｅ 回転数）が設定回転速度（７００ｒｐｍ）に維持される状態であれば、回生制動を中断する。
回生制動が中断されれば、車両減速度（ＤＥＣ）を検出する（Ｓ４２０）。

その後、車両の減速度が一定の値以上維持されていれば、車速及び回転数値を検出する（Ｓ４３０）。
回生制動の中断が決定された後、車両の減速度が予め設定された一定の値以上に維持されていて、車速及び回転数が一定の値以上維持されているかを判断する（Ｓ４４０）。
その結果、車両の減速度が予め設定された一定の値以上に維持されており、車速及び回転数が一定の値以上維持されていれば、車両の揺動制御が行われる（Ｓ４５０）。
車両の揺動（Ａｎｔｉ−Ｆｉｓｈ ｔａｉｌ）制御とは、車両が急制動する場合に車両の後方が上がって魚の尻尾形状になることを防止する制御であって、車速が徐々に減少するようにエンジンの回転速度及び車速を線形的に制御しながら回生制動を終了するように制御することである。

これとは違って、前述したＳ３９０段階で回生制動が中断状態でなければ、Ｓ３１０段階に進んで制動条件を確認する。
本発明による回生制動時には、上記で言及した条件の他にも、車両傾斜度（Ｇｄ：Ｇｒａｄｅ）または変速段数（Ｓｈ）等を条件として反映することができる。
前記制御条件は、優先順位を定めて必要に応じて反映することができて、制御に使用される各々の設定値は実験によって補正することができる。
正確な補正は、実験を通じて反復的に調節することができる。

（ａ），（ｂ）はベルト型ハイブリッド車両の構成を示した図面である。 本発明の実施形態による車両の回生制動制御方法を示したフローチャートである。 本発明の実施形態による車両の回生制動制御方法を示したフローチャートである。 本発明の実施形態による車両の回生制動制御方法を示したフローチャートである。 クランク軸の周辺温度、ベルト温度、及びベルト温度定数の相関関係を示したグラフである。

符号の説明

１１ ３６Ｖバッテリー
１２ １２Ｖバッテリー
２０ 制御部
３０ ＤＣ変換器
４０ ＩＳＧ
５０ エンジン
６０ 変速機
７０ 動力伝達がベルト
８０ ホイール

Claims (8)

1. エンジンと始動装置とのエネルギー伝達がベルトにより行なわれるベルト型ハイブリッド車両の回生制動制御方法において、
   バッテリー充電量を検出する段階と、
   前記バッテリー充電量に基づいて要求充電電流を決定する段階と、
   前記要求充電電流に基づいて理論回生制動トルクを決定する段階と、
   ベルト温度変化によって理論回生制動トルクを補正して目標回生制動トルクを算出する段階と、
   前記目標回生制動トルクに基づいて回生制動制御を遂行する段階と、を含むことを特徴とするベルト型ハイブリッド車両の回生制動制御方法。
2. 前記目標回生制動トルクに基づいて回生制動制御を遂行する段階は、
   車両減速度及びマスターシリンダー作用力を含むパラメーターに基づいて現在回生制動トルクを算出する段階と、
   前記算出された現在回生制動トルクが前記目標回生制動トルクに近似するように回生制動制御を遂行する段階と、
   を含むことを特徴とする請求項１に記載のベルト型ハイブリッド車両の回生制動制御方法。
3. 前記目標回生制動トルクを算出する段階は、
   ベルト温度を求める段階と、
   前記ベルト温度に基づいてベルト温度定数を求める段階と、
   前記ベルト温度定数を適用して前記理論回生制動トルクを補償して前記目標回生制動トルクを算出する段階とを含み、
   前記ベルト温度定数は、前記ベルト温度が設定された温度より高い場合、前記目標回生制動トルクが前記理論回生制動トルクより大きくなるように前記理論回生制動トルクを補償する値であることを特徴とする請求項１に記載のベルト型ハイブリッド車両の回生制動制御方法。
4. 前記ベルト温度を求める段階は、
   クランク軸の周辺温度を測定する段階と、
   前記クランク軸の周辺温度に基づいてベルト温度を推定する段階とを含むことを特徴とする請求項３に記載のベルト型ハイブリッド車両の回生制動制御方法。
5. 前記現在回生制動トルクを算出する段階は、
   アクセレレーターの作動有無を判断する段階と、
   アクセレレーターが作動していなければ、ブレーキの作動有無を判断する段階と、
   ブレーキが作動していると判断されれば、減速度（ＤＥＣ）を検出する段階と、
   前記減速度（ＤＥＣ）に基づいて全体制動力を計算する段階と、
   マスターシリンダー作用力に基づいてブレーキ作動力を計算する段階と、
   前記全体制動力及びブレーキ作動力に基づいて前記現在回生制動トルクを計算する段階と、
   を含むことを特徴とする請求項２に記載のベルト型ハイブリッド車両の回生制動制御方法。
6. 前記目標回生制動トルクに基づいて回生制動制御を遂行する段階は、
   アクセレレーターの作動有無を判断する段階と、
   アクセレレーターが作動していなければ、ブレーキの作動有無を判断する段階と、
   前記ブレーキが作動していないと判断されれば、車両が減速中であるかを判断する段階と、
   車両が減速中であると判断されれば、クランク軸の回転速度（ｒｐｍ）を計算する段階と、
   前記クランク軸の回転速度（ｒｐｍ）が設定された値以上であれば、回生制動を遂行する段階と、
   を含むことを特徴とする請求項１に記載のベルト型ハイブリッド車両の回生制動制御方法。
7. 回生制動中断の要否を決定する段階をさらに含み、
   回生制動中断の要否の決定は車速制限値が設定速度以下であり、モータ回転速度制限値が設定回転速度以下であり、エンジン空回転速度が設定回転速度以下である場合、回生制動の中断を決定することを特徴とする請求項１に記載のベルト型ハイブリッド車両の回生制動制御方法。
8. 回生制動中断条件が満たされたかを判断する段階と、
   前記回生制動中断条件が満たされた場合に回生制動を中断する段階と、
   回生制動を中断した後、減速度を検出する段階と、
   車速またはクランク軸の回転数を検出する段階と、
   車速または回転数が一定の値以上維持される間には車両の揺動制御（Ａｎｔｉ−Ｆｉｓｈ ｔａｉｌ制御）を遂行する段階と、
   をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載のベルト型ハイブリッド車両の回生制動制御方法

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