JP5756822B2 - ハイブリッド車両の発電制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、発電機能を有するモータとエンジンとを動力源として備えたハイブリッド車両の発電制御装置に関する。

内燃機関つまりエンジンと電動機つまりモータとを動力源として備えたハイブリッド車両には、モータに発電機能を持たせたタイプがある。特許文献１には、前輪を駆動するエンジンと、後輪を駆動するモータジェネレータとを有するハイブリッド車両が記載されており、車両の減速時にはモータジェネレータの回生制動により発電された電気エネルギをバッテリに充電するようにしている。

特許文献２には、エンジンとモータとが動力分配機構を介して連結された駆動系を有するスプリット方式のハイブリッド車両が記載されており、回生制動により発電された電気エネルギをバッテリに充電するために、動力分配機構には発電機が接続されている。特許文献３には、エンジンのクランク軸に連結される３軸式の動力分配機構と、動力分配機構に接続される第１のモータジェネレータと、動力分配機構のリングギヤ軸に連結される第２のモータジェネレータとを有するスプリット方式のハイブリッド車両が記載されており、両方のモータジェネレータを電動機および発電機として機能させるようにしている。

特許文献４には、エンジンとエンジンに直結される発電可能なモータとを有し、それぞれの動力は変速機を介して駆動輪に伝達されるパラレル方式のハイブリッド車両が記載されており、回生制動時にはモータにより発電された電気エネルギはバッテリに充電される。

このようなハイブリッド車両においては、エンジンとモータジェネレータの少なくもと一方から出力される駆動力により車両を走行する走行モードと、減速時にジェネレータにより電気エネルギをバッテリに充電する充電モードと、発電しながら走行する発電走行モードを有している。

特開平９−２９８８０２号公報 特開２００７−１６８５０２号公報 特開２００９−１８９２１７号公報 特開２００９−２７４６１１号公報

車両に車間距離検出部を設けると、先行車や障害物等の対象物と自車との間の車間距離を検出することができ、上述したハイブリッド車両は、車間距離を検出する車間距離センサを有している。特許文献１においては、車両の走行中に制動要求が検出された場合には、モータジェネレータの回生制動により車速の上昇を抑制し、前方傷害物が検出された場合にはモータジェネレータの回生制動により傷害物に接近することを抑制するようにしている。

特許文献２においては、先行車と自車との車間距離を維持するようにし、応答性が高い駆動力を要求する情報を示すほど、要求駆動力に対しモータの分担する駆動力の配分比を高く設定するようにしている。また、特許文献３においては、先行車に追従する低速走行中に、車速と車間距離とに基づいて、車速が所定車速以上の場合には要求制動トルクの範囲内でモータを回生制動し、所定車速未満の場合にはモータの制動トルクつまり回生トルクをブレーキによる制動力に置き換えるようにしている。さらに、特許文献４においては、先行車と自車の車速から算出された相対速度変化に基づいて回生期待量を算出し、回生期待量に基づいて蓄電装置の目標ＳＯＣを変更するようにしている。

上述した従来のハイブリッド車両は発電走行モードを有しており、この発電走行モードで車両が走行している状態のもとでは、発電のために、駆動輪に伝達されるトルクよりもエンジン負荷を上げることになるので、燃料消費量が増加して燃費面では不利な走行モードである。しかし、モータ発電走行を行わないと、バッテリの残存容量が減少することになるので、モータのトルクを駆動輪に伝達する走行ができなくなる。

一方、発電走行モードで走行している状態のもとでブレーキが操作されると、回生ブレーキモードに移行してモータジェネレータやジェネレータにより発電された電気エネルギをバッテリに充電するようにしている。しかしながら、従来のハイブリッド車両の発電走行モードにおいては、発電量を一定としている。発電量を一定として、エンジンの動力を駆動輪に伝達するとともにエンジンにより発電を行うようにすると、瞬間燃費は悪化することが避けられない。

本発明の目的は、発電走行モードを有するハイブリッド車両の燃費を向上させることにある。

本発明のハイブリッド車両の発電制御装置は、動力源としてエンジンと発電機能を有するモータとを備えたハイブリッド車両の発電制御装置であって、先行車と自車との車間距離を検出する車間距離検出部と、回生ブレーキが作動する前の状態であって、前記エンジンの動力を駆動輪に伝達しながら前記モータを駆動する発電走行のもとで、車間距離が短くなるに従って前記モータによる発電量を低下させてエンジン負荷を低下させる発電制御部と、を有する。

発電走行モードで走行しているときには、自車と先行車との間の車間距離に応じて発電量を制限し、発電するためのエンジン負荷を下げるようにしたので、ハイブリッド車両の燃費を向上させることができる。

ハイブリッド車両のシステム構成の一例を示す概略図である。 （Ａ）は発電走行モードにおける本発明の発電制御を示すタイムチャートであり、（Ｂ）は比較例として示す従来の発電制御を示すタイムチャートである。 車間距離および車間距離変化量に応じた発電制限処理を行うためのモータトルクゲインを示すマップである。 本発明の発電制御装置における発電制限処理のアルゴリズムを示すフローチャートである。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。図１に示すハイブリッド車両１０は、ガソリンエンジンやディーゼルエンジン等の内燃機関により構成されるエンジン１１と、発電機能を有するモータであるモータジェネレータ１２とをそれぞれ動力源として備えている。エンジン１１の出力軸は変速機１３に連結されており、変速機１３の出力軸１４にはモータジェネレータ１２が連結されている。出力軸１４は減速歯車対１５を介して前輪用の車軸１６に連結されており、このハイブリッド車両１０はパラレル方式となっており、エンジン１１の動力を駆動輪としての前輪１６に伝達するエンジン駆動系と、モータジェネレータ１２の動力を駆動輪に伝達するモータ駆動系とを有している。車軸１６に設けられた前輪１７には、走行モードに応じて、エンジン１１の動力とモータジェネレータの動力の少なくともいずれか一方が伝達される。後輪用の車軸１８には後輪１９が設けられている。なお、図１においては、前輪用の車軸１６に設けられる差動装置は図示省略されている。

図１に示すハイブリッド車両１０においては、エンジン１１は車輪とモータジェネレータ１２とを駆動して発電を行うとともに、モータジェネレータ１２は走行用の動力源としても利用される。モータジェネレータ１２のステータにはインバータ２１が接続されており、インバータ２１には通電ラインにより蓄電デバイスであるバッテリ２２が接続されている。このハイブリッド車両１０においては、エンジン１１の動力は矢印Ｅで示すように前輪１７に伝達され、バッテリ２２の電力を矢印Ｂで示すようにモータジェネレータ１２に供給するとモータジェネレータ１２の動力は矢印Ｍで示すように前輪１７に伝達される。これにより、エンジン１１とモータジェネレータ１２の少なくとも何れかを動力源として車両を駆動することができる。

車両の減速時にはモータジェネレータ１２を発電機として機能させると、破線の矢印Ｇで示すように、制動時に熱エネルギとして捨てられる減速エネルギを吸収してバッテリ２２に充電する回生ブレーキモードとなる。さらに、ハイブリッド車両１０は、エンジン１１の負荷を上げて駆動輪に走行出力を伝達するとともに余剰の出力によりモータジェネレータ１２により発電を行う発電走行モードを有している。

ハイブリッド車両１０には、先行車と自車との間の車間距離を検出するための車間距離検出器２３が設けられている。この車間距離検出器２３としては、２つのＣＣＤカメラを用いて左右の視差を利用して対象物である先行車までの距離を検出する形態、ミリ波レーダーを用いて距離を検出する形態等がある。車間距離検出器２３からの検出センサ信号は、車間距離検出部および車間距離変化量検出部としての車間距離検知コントローラ２４において検出センサ信号に基づいて先行車と自車との間の車間距離および車間距離変化量が検出される。検出された車間距離および車間距離変化量の信号は、発電制御部としてのＨＥＶコントローラ２５に送られる。ＨＥＶコントローラ２５にはアクセル２６からのアクセル操作信号と、ブレーキ２７からのブレーキ操作信号とが入力される。ブレーキ２７としては、運転者により足踏み操作されるブレーキと、車間距離に応じて制動力を加えるようにした車両においては自動ブレーキとがある。

ＨＥＶコントローラ２５からは、エンジン１１を制御するエンジンコントローラ３１に制御信号が送られて、エンジン１１の出力トルクが制御される。さらに、ＨＥＶコントローラ２５からは、変速機１３を制御する変速機コントローラ３２に変速指令信号が出力され、インバータ２１を制御するインバータコントローラ３３にモータジェネレータ１２の出力トルクの指令信号が出力される。ＨＥＶコントローラ２５はバッテリ２２の残存容量（ＳＯＣ）を検出する機能を有している。ＨＥＶコントローラ２５を含めて上述した種々のコントローラは、中央演算処理装置（ＣＰＵ）とメモリ（ＲＯＭ，ＲＡＭ）と入出力インターフェーイスを備えたマイクロコンピュータにより構成される。

図２（Ａ）は発電走行モードにおける本発明の発電制御を示すタイムチャートであり、図２（Ｂ）は比較例として示す従来の発電制御を示すタイムチャートである。図２においては、発電走行モードと回生ブレーキモードとが示されており、自車が先行車に接近して運転者がブレーキ２７を操作すると、回生ブレーキモードに切り換えられる。自動ブレーキを有する場合には、自車が先行車に対して所定距離まで接近すると、自動ブレーキが作動して回生ブレーキモードに自動的に切り換えられるようにすることができる。

発電走行モードにおいては、エンジン１１の出力トルクが駆動輪に伝達されるとともにモータジェネレータ１２に伝達されて、モータジェネレータ１２により発電が行われる。図２（Ａ）に示されるように、発電走行モードで走行していたときには、車間距離、または車間距離および車間距離変化量に基づいて、発電走行モードときにおける発電量が制限される。

図２（Ｂ）に比較例として示すように、従来では回生ブレーキモードに切り換えられるまでは、発電走行モードにおける発電量は一定に設定されているが、図２（Ａ）に示すように、車間距離等に基づいて発電走行モードときにおける発電量を制限すると、回生ブレーキモードに切り換えられる前に、発電量が制限されるので、ハイブリッド車両１０の燃費を向上させることができる。

図３は、車間距離および車間距離変化量に応じて発電制御装置により発電制限処理を行うためのモータトルクゲインを示すマップである。このマップデータは、車間距離検知コントローラ２４またはＨＥＶコントローラ２５に設けられたメモリに格納されている。

図３において、横軸は車間距離Ｌ（ｍ）を示し、縦軸は単位時間（秒）当たりの車間距離変化量（ｍ）つまり車間距離変化率η（ｍ／ｓ）を示す。車間距離Ｌが１００〜８０ｍのときには、モータトルクゲインＫは0.8〜1に設定され、車間距離が８０〜６０ｍのときにはゲインＫは0.8〜0.6に設定されており、車間距離Ｌが短くなるに従って、図３に示すように、ゲインＫは小さくなるように設定されている。さらに、車間距離変化率（ｍ／ｓ）がマイナス側に大きくなると、つまり先行車に接近する方向に車間距離変化率が大きくなると、ゲインＫが小さくなるように設定されている。

発電走行モードにおいては、図２に示されるように、エンジン１１の目標エンジントルク（Ｎｍ）は、駆動輪に伝達される走行用のエンジントルクに、モータジェネレータ１２により発電するため負の目標モータトルク（Ｎｍ）を加えた値に設定され、変速比も発電走行モードにおける目標変速比に設定される。この走行モードにおいては、車間距離検出器２３からの検出信号に基づいて、車間距離Ｌと車間距離変化率ηが車間距離検知コントローラ２４により演算される。車間距離Ｌと車間距離変化率ηに基づいて、図３のマップデータに示すように、モータトルクゲインＫが設定され、目標モータトルク（Ｎｍ）にゲインＫを乗算することにより、モータジェネレータ１２の負の目標モータトルクの制限処理が行われる。これにより、発電走行モードにおいては、発電量が制限され、燃費を向上させることができる。

負の目標モータトルクの制限処理を行うと、ドライバの要求駆動力に対して駆動輪に対する駆動系の出力トルクが過大となる。そこで、図２（Ａ）に示すように、駆動系の出力トルクをドライバの要求駆動力に保つように、目標エンジントルクから目標モータトルク制限分を減算処理してエンジン負荷を低下させる。エンジン駆動系の出力トルクの減算処理の方式としては、ドライバの要求駆動力を保つことができれば、目標エンジントルクを減算してエンジン負荷を低下する方式に代えて、変速比を調整することによりエンジン負荷を低下する方式とする形態もある。さらには、目標エンジントルクの減算と変速機の調整との双方を行う形態としても良い。

図４は発電制御装置における発電制限処理のアルゴリズムを示すフローチャートである。ステップＳ１において発電走行モードが実行されていると判定されると、車間距離検出器２３からの検出信号に基づいて、車間距離Ｌと車間距離変化率ηとが検出される（ステップＳ２，Ｓ３）。図３に示されるように、車間距離Ｌが１００ｍ以下となったときには、モータトルクゲインＫが１以下に設定されて目標モータトルクの制限処理がステップＳ４において実行される。この制限処理を車間距離Ｌのみに基づいて実行する形態としても良いが、車間距離Ｌと車間距離変化率ηの両方の要素を加味することにより、より燃費を向上させることができる制限処理を行うことができる。なお、発電走行モードが実行されていても、バッテリ２２の残存容量（ＳＯＣ）が所定値以下となっているときには、目標モータトルクの制限処理は行われない。

目標モータトルクの制限処理が実行されると、ステップＳ５において駆動系の出力トルクの減算処理が実行される。この減算処理のステップＳ５においては、上述のように、ドライバの要求駆動力を保つために、目標エンジントルクを減算する方式、変速比を調整するよう方式、および目標エンジントルクの減算と変速機の調整との双方を行う方式が実行される。ドライバがブレーキを操作したり、自動ブレーキが作動したりすると、回生ブレーキモードに切り換えられて、トルク制限処理が中止される（ステップＳ６，Ｓ７）。

本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能である。例えば、図１はパラレル方式のハイブリッド車両１０を示すが、本発明を適用することができるハイブリッド車両はパラレル方式に限られることなく、スプリット方式のものにも適用することができる。

１０ ハイブリッド車両
１１ エンジン
１２ モータジェネレータ
１３ 変速機
１４ 出力軸
１５ 減速歯車対
１６ 車軸
１７ 前輪
２１ インバータ
２２ バッテリ
２３ 車間距離検出器
２４ 車間距離検知コントローラ
２５ ＨＥＶコントローラ
２６ アクセル
２７ ブレーキ
３１ エンジンコントローラ
３２ 変速機コントローラ
３３ インバータコントローラ

Claims (6)

1. 動力源としてエンジンと発電機能を有するモータとを備えたハイブリッド車両の発電制御装置であって、
   先行車と自車との車間距離を検出する車間距離検出部と、
   回生ブレーキが作動する前の状態であって、前記エンジンの動力を駆動輪に伝達しながら前記モータを駆動する発電走行のもとで、車間距離が短くなるに従って前記モータによる発電量を低下させてエンジン負荷を低下させる発電制御部と、を有するハイブリッド車両の発電制御装置。
2. 請求項１記載のハイブリッド車両の発電制御装置において、先行車と自車との車間距離変化量を検出する車間距離変化量検出部を有し、車間距離と車間距離変化量とに応じて発電量を制限する、ハイブリッド車両の発電制御装置。
3. 請求項１または２記載のハイブリッド車両の発電制御装置において、エンジントルクを下げることにより、エンジン負荷を低下させるようにした、ハイブリッド車両の発電制御装置。
4. 請求項１または２記載のハイブリッド車両の発電制御装置において、変速比を調整することにより、エンジン負荷を低下させるようにした、ハイブリッド車両の発電制御装置。
5. 請求項１または２記載のハイブリッド車両の発電制御装置において、エンジントルクを下げるととともに変速比を調整することにより、エンジン負荷を低下させるようにした、ハイブリッド車両の発電制御装置。
6. 請求項１〜５のいずれか１項に記載のハイブリッド車両の発電制御装置において、発電走行モードが実行されていても、バッテリの残存容量が所定値以下となっているときには、発電量の制限を禁止するようにした、ハイブリッド車両の発電制御装置。

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