JP6050851B2 - ハイブリッド車 - Google Patents

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Description

本発明は、エンジンとモータの2つの動力源を有するハイブリッド車に関する。
現在、エンジンとモータの2つの動力源を有するハイブリッド車が普及している。かかるハイブリッド車では、バッテリの残量が十分な場合にエンジンに優先してモータで走行するモータ走行モード、および、バッテリの残量が少ない場合にモータとエンジンとを併用して走行するエンジン併用モードといった走行モードが準備されている。例えば、ハイブリッド車では、バッテリの残量に応じて走行モードが選択され、エンジン併用モードが選択された場合には、走行状態に応じてエンジンとモータとの駆動状態が切り換わり、エネルギー効率を高めるとともに、CO等の排気ガスを削減することが可能となる。
また、このようなハイブリッド車に用いられる電気エネルギーを、商用のコンセントから直接充電可能なプラグインハイブリッド車(PHEV)も提案されている。かかるプラグインハイブリッド車は、非プラグインハイブリッド車に比べ、一般的にバッテリの容量が大きく、モータ走行モードで長距離を走行することが可能となる。
また、プラグインハイブリッド車等の自動車では、前後輪駆動する4WD(4輪駆動)走行と、前輪と後輪のいずれか一方を駆動する2WD(2輪駆動)走行とのいずれの駆動状態も可能とするものがあり、その走行状態に応じ、4WD走行と2WD走行とを切り換えることができる(パートタイム4WD等)。このとき、例えば、4WD走行への切換が必要と判断されると、予めエンジンを起動する技術が開示されている(例えば、特許文献1)。
国際公開第2012/127674号
上述したハイブリッド車では、車外の環境に拘わらず、例えば、自車両のバッテリの残量に応じて、モータ走行モードとエンジン併用モードとが選択されるため、山道走行や川渡りといったような、所謂、悪路走行においてもモータ走行モードが選択される場合がある。そうすると、ハイブリッド車で、水路等を横切る際、エンジン停止に応じて排気管(マフラー)から水が侵入し、所謂、ウォーターハンマーによりエンジンが破損するおそれがある。
本発明は、このような課題に鑑み、車外の環境に拘わらず、エンジンの破損を回避することが可能なハイブリッド車を提供することを目的としている。
上記課題を解決するために、エンジンおよびモータの一方または双方の駆動力によって走行する本発明のハイブリッド車は、エンジンに優先してモータで走行するモータ走行モード、および、モータとエンジンとを併用して走行するエンジン併用モードを含む複数の走行モードを切り換える走行モード切換部と、走行状態に応じて、前輪および後輪のいずれか一方を駆動する2WD走行と、前輪および後輪のいずれも駆動する4WD走行とを切り換える駆動切換部と、予め定められた悪路条件を満たすか否か判定する条件判定部と、を備え、条件判定部が悪路条件を満たすと判定すると、駆動切換部は、2WD走行を行っていれば、4WD走行に切り換え、走行モード切換部は、4WD走行に切り換わった後、その時点の走行モードに拘わらず、エンジンが停止している場合にはエンジンを始動し、悪路条件を満たしている間、エンジンの停止を禁止することを特徴とする。
駆動切換部は、悪路条件を満たしている間、4WD走行を行うとともに、4WD走行におけるカップリングの複数の締結率のうち比較的高い締結率を選択てもよい。
悪路条件は、運転者によってスイッチがONされたことであるとしてもよい。
悪路条件は、自車両の位置に、所定の水深閾値以上の水があることであるとしてもよい。
撮像装置で撮像された画像に基づいて車外の走行環境を認識する走行環境認識部をさらに備え、悪路条件は、走行環境における自車両前方の走行位置に、所定の水深閾値以上の水があることであるとしてもよい。
本発明によれば、車外の環境に拘わらず、エンジンの破損を回避することが可能となる。
ハイブリッド車の構成を示す図である。 制御部による走行処理を説明するためのフローチャートである。
以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。かかる実施形態に示す寸法、材料、その他具体的な数値等は、発明の理解を容易にするための例示に過ぎず、特に断る場合を除き、本発明を限定するものではない。なお、本明細書および図面において、実質的に同一の機能、構成を有する要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略し、また本発明に直接関係のない要素は図示を省略する。
図1は、ハイブリッド車100の構成を示す図である。ハイブリッド車100は、前後輪駆動する4WD(4輪駆動)走行と、前輪と後輪のいずれか一方を駆動する2WD(2輪駆動)走行とのいずれの駆動状態も可能とし、エンジン110、燃料タンク112、クラッチ114、トランスミッション116、エンジンコントロールユニット(以下、単にECUと言う)118、モータ120、インバータ122、バッテリ124、プロペラシャフト126、フロントデファレンシャルギア128、ドライブシャフト130、前輪132、電子制御カップリング134、リアデファレンシャルギア136、ドライブシャフト138、後輪140、制御部142、アクセルペダルセンサ144、スイッチ146、水深センサ148、撮像装置150を含んで構成される。
本実施形態では、ハイブリッド車100として、特に、電気エネルギーを商用のコンセントから直接充電可能なプラグインハイブリッド車(PHEV)について説明する。ここでは、本実施形態の特徴に関係する構成について詳細に説明し、本実施形態の特徴と無関係の構成については説明を省略する。
エンジン110は、ガソリンエンジンやディーゼルエンジンで構成され、燃料タンク112から供給される燃料(ガソリン、ディーゼル等)を燃焼させることで駆動力を得て、得られた駆動力を、クラッチ114を介してトランスミッション116に伝達する。また、エンジン110は、ECU118と接続され、ECU118の制御指令に基づいて駆動力が調整される。
モータ120は、エンジン110と同軸に配され、インバータ122を介してバッテリ124から供給される電力により駆動力を得て、得られた駆動力をトランスミッション116に伝達する。また、モータ120は、電力の供給を受けていないタイミングで、発電機としても機能し、発電された電力は、インバータ122を介してバッテリ124に蓄積される。また、インバータ122は、ECU118と接続され、ECU118の制御指令に基づいて供給電力(モータ120の駆動力)が調整される。
エンジン110やモータ120で得られた駆動力は、トランスミッション116により、トルク、回転数、回転方向が調整されてプロペラシャフト126に伝達され、さらにフロントデファレンシャルギア128、ドライブシャフト130を介して前輪132に伝達される。また、4WD走行時には、トランスミッション116から出力された駆動力が、電子制御カップリング134、リアデファレンシャルギア136、および、ドライブシャフト138を介して後輪140にも伝達される。ここでは、前輪132は、トランスミッション116から直接駆動力を得て、後輪140は、電子制御カップリング134を介して駆動力を得ているが、後輪140に、トランスミッション116から直接駆動力を伝達し、前輪132に、電子制御カップリング134を介して駆動力を伝達するとしてもよい。
制御部142は、中央処理装置(CPU)、プログラム等が格納されたROM、ワークエリアとしてのRAM等を含む半導体集積回路で構成され、ハイブリッド車100全体を統括制御する。また、本実施形態において、制御部142は、走行モード切換部160、駆動力導出部162、駆動切換部164、カップリング制御部166、条件判定部168、走行環境認識部170としても機能する。制御部142には、アクセルペダルセンサ144、スイッチ146、撮像装置150も接続されている。アクセルペダルセンサ144は、不図示のアクセルペダルの踏み込み量を検出する。スイッチ146は、運転者の操作入力(ON/OFF)を検出する。水深センサ148は、自車両が水上に位置する場合にその水深を検出する。撮像装置150は、CCD(Charge-Coupled Device)やCMOS(Complementary Metal-Oxide Semiconductor)等の撮像素子を含んで構成され、ハイブリッド車100の前方を撮像し、モノクロ画像またはカラー画像を生成することができる。かかる撮像装置150は、2つ対になっており、ハイブリッド車100の進行方向側においてそれぞれの光軸が略平行になるように、略水平方向に離隔して配置される。また、制御部142は、ECU118を介して、エンジン110やモータ120の駆動力を制御する。
(走行モードの切換)
ハイブリッド車100では、走行モードとして、バッテリ124の残量が十分な場合にエンジン110に優先してモータ120で走行するモータ走行モード、および、バッテリ124の残量が少ない場合(例えば、モータ走行モードによってバッテリ124の残量が少なくなった後)にモータ120とエンジン110とを併用して走行するエンジン併用モードが準備される。そして、走行モード切換部160は、その時点の走行状態に応じて、走行モードを切り換える。ただし、本実施形態においては、後述するように、モータ走行モードにおいて一時的にエンジン110を始動する場合がある。
本実施形態のようなプラグインハイブリッド車の場合、夜間電力等を利用して商用のコンセントから予めバッテリ124に電力を充電し、その走行時には充電された電力から消費される。したがって、走行モード切換部160は、走行開始時に、モータ走行モードを選択する。プラグインハイブリッド車は、非プラグインハイブリッド車に比べ、一般的にバッテリ124の容量が大きいので、モータ走行モードで長距離を走行することが可能となる。このとき、走行モード切換部160は、クラッチ114を切ることでエンジン110が回転負荷となるのを回避する。また、いずれの走行モードであっても、ブレーキが踏まれたり、アクセルが緩められたりすると、モータ120が発電機として利用され、回生エネルギーが回収されることとなる。
そして、バッテリ124の残量が少なくなると、走行モード切換部160は、走行モードを、モータ走行モードからエンジン併用モードに切り換えて走行を維持する。このようなエンジン併用モードでは、エンジン110およびモータ120のいずれの駆動力も利用できるので、エンジン110単体で動作する場合に比べ、滑らかかつ力強い走行が可能となる。また、エンジン110は低回転域で大きなトルクを得難いが、そのような低回転域では、モータ120を優先して駆動する。こうして、レスポンスを向上させ、滑らかかつ高効率な発進が可能となる。さらに、バッテリ124の残量が所定値を下回ると、走行モード切換部160は、モータ120を発電機として機能させ、エンジン110の駆動力によってバッテリ124に電力を蓄積する。
(制御部142の動作)
また、ハイブリッド車100において、2WD走行と4WD走行とを切り換えて走行できるように設定することができる。ただし、2WD走行している間に、大きな駆動力をかけると(要求すると)、2WD走行に関わる駆動輪にのみ負荷がかかり、駆動系の部品の破損が生じるおそれがある。これに対し、駆動力を分散するために常時4WD走行を行うとすると、その走行の間は常に電子制御カップリング134で駆動電力が消費され、バッテリ124の消費により、走行に利用可能な電力が減少して、走行距離に影響を及ぼす。そこで、以下のように、2WD走行と4WD走行とを効率的に切り換えることで、駆動系の部品の破損を回避しつつ、消費電力を削減する。
駆動力導出部162は、アクセルペダルセンサ144が検出したアクセルペダルの踏み込み量を取得し、運転者が要求している駆動力を導出する。
走行モード切換部160は、その時点の走行モードがモータ走行モードであった場合、駆動力導出部162が導出した駆動力が所定の駆動閾値以上であれば、モータ走行モードを維持したまま強制的にエンジン110を始動する。このように、エンジン110を始動することで、モータ120に加え、エンジン110の駆動力を得ることができ、運転者の駆動力の要求に応えることが可能となる。かかる駆動閾値は、実験や実走行に応じて任意の値を設定することができる。
ここでは、モータ走行モード中に、駆動力導出部162が導出した駆動力が所定の駆動閾値以上となった場合に、エンジン110を始動しているが、駆動力が所定の駆動閾値未満となっても直ちにエンジン110を停止しない。これは、短時間のうちにエンジン110の始動と停止を繰り返すより、ある程度の時間、エンジン110の駆動状態を維持した方が、エンジン110の燃費が向上するからである。したがって、走行モード切換部160は、駆動力が駆動閾値未満となり、かつ、所定の停止条件を満たした場合にのみエンジン110を停止する(ヒステリシス特性)。ここで、所定の停止条件としては、例えば、エンジン110が始動してからの時間が所定時間以上経過している、エンジン110の温度が所定の温度条件を満たす、バッテリ124の残量が所定値以上である等が考えられる。
駆動切換部164は、2WD走行と4WD走行とを切り換えることができ、その時点の走行モードがモータ走行モードであった場合、駆動力導出部162が導出した駆動力が所定の駆動閾値未満であれば、2WD走行を行い、駆動力導出部162が導出した駆動力が所定の駆動閾値以上であれば、4WD走行を行う。したがって、駆動力導出部162が導出した駆動力が所定の駆動閾値以上であれば、少なくとも、4WD走行に移行した状態でエンジン110を始動することができる。ただし、4WD走行への切り換え処理と、エンジン110の始動処理との実行順は、部品保護の観点から4WD走行への切り換え処理を先行して行うのが望ましい。また、走行モードがエンジン併用モードであった場合、駆動切換部164は、エンジン110の駆動状態の維持に伴い、4WD走行を維持する。
カップリング制御部166は、4WD走行が行われている間、電子制御カップリング134の駆動ソレノイドを駆動し、走行状態に応じ、前輪132と後輪140のデューティーを調整して後輪140への最適な駆動力伝達を行う。
上述したように、ここでは、走行モード切換部160が、その時点の走行状態に応じて、走行モードを切り換えつつ、モータ走行モード中に、運転者が高い駆動力を要求してきた場合に、エンジン110を始動する。しかし、このような走行モードの切り換えや、エンジン110の始動有無は、車外の環境と独立して制御されるので、例えば、山道走行や川渡りといったような、所謂、悪路走行においてもモータ走行モードが選択され、エンジン110が停止している場合がある。そうすると、ハイブリッド車で、水路等を横切る際、エンジン110の停止に応じて、排気管(マフラー)から水が侵入し、所謂、ウォーターハンマーによりエンジン110が破損するおそれがある。そこで、本実施形態では、車外の環境に拘わらず、このようなエンジン110の破損を回避することを目的とする。
ところで、本実施形態のハイブリッド車100では、このような悪路走行時に対応するため、特殊な走行モード(悪路走行モード)を設けている。かかる悪路走行モードには、予め定められた悪路条件を満たすことで移行できる。悪路条件としては、例えば、運転者によってスイッチ146がONされたことを挙げることができる。したがって、運転者が、その時点以降に悪路を走行すると予想した場合に、運転者自身が、スイッチ146を操作する(ONする)ことで、走行モードを、悪路走行モードに切り換えることができる。
このようにスイッチ146がONされると、条件判定部168が、かかる操作に応じて悪路条件を満たすと判定し、走行モード切換部160は、走行モードを悪路走行モードに切り換え、エンジン110が停止している場合には、エンジン110を始動し、悪路条件を満たしている間、すなわち、スイッチ146がONされている間、エンジン110の停止を禁止する(駆動を維持する)。また、スイッチ146がONされ、走行モードが悪路走行モードに切り換わると、駆動切換部164は、2WD走行をしている場合、4WD走行に切り換え、スイッチ146がONされている間、4WD走行を行うとともに、4WD走行におけるカップリング(クラッチ)の複数の締結率のうち比較的高い締結率(ここでは最高の締結率)を選択し、後輪140へ伝達されるトルクを最大とする。なお、複数の締結率のうち、比較的低い締結率は、モータ走行モードやエンジン併用モードで4WD走行する場合に用いられる。
このように、悪路条件を満たしている間(条件判定部168が悪路条件を満たしていると判定している間)、エンジン110を駆動し、4WD走行を行うことで、雪道や山道などの悪路で前輪132または後輪140が空転してしまった場合であっても、各輪にかかる駆動力に対し、大きなレンジで適切に対応することができ、スムーズに脱出することが可能となる。また、雪道や砂利道の下り坂等であっても、運転者は、ブレーキ操作に気を取られることなく、所定の速度範囲を維持しながら下ることが可能となる。
また、悪路条件を満たしている間、エンジン110の停止が禁止されるので、エンジン110の駆動が維持され、排気管から水が侵入することがなくなる。こうして、所謂、ウォーターハンマーによりエンジン110が破損する事態に陥ることがなくなる。
さらに、モータ走行モードで悪路走行すると、要求される駆動力の変動に応じて、モータ120のみ駆動している状態とエンジン110も駆動する状態とが頻繁に切り換わり、切換タイミングの出力変動によって(エンジン110の始動にエネルギーを費やすことで)、快適な走行に影響を及ぼす場合がある。しかし、ここでは、エンジン110を予め始動し、駆動状態を維持しておくことで、悪路走行において要求される駆動力が変動した場合でも、常に、エンジン110の駆動で対応するため、出力変動を最小限に抑制することが可能となる。例えば、階段状の悪路を走行する場合に、本来、出力の微妙な調整を要するが、ここでは、全てエンジン110の駆動で対応できるので、出力変動を抑制することができる。このようなことから、アクセルペダルの開度に対し、駆動力が線形的に追従することとなる。
また、要求される駆動力が高まり、エンジン110の駆動が必要になった場合であっても、エンジン110が予め駆動されているので、その都度、エンジン110の始動を待つことがなくなり、本来の駆動力を発揮するまでの応答性を向上することが可能となる。
また、上記では、悪路条件として、運転者によってスイッチ146がONされたことを挙げたが、かかる場合に限らず、例えば、排気管から水が侵入するおそれがある状況、例えば、自車両の位置に、所定の水深閾値(例えば、20cm)以上の水があることとしてもよい。この場合、水深センサ148が、水深を検出し、水深が水深閾値以上であれば、条件判定部168が悪路条件を満たすと判定し、エンジン110が停止している場合には、走行モード切換部160がエンジン110を始動し、水深が水深閾値以上である間、エンジン110の停止を禁止する。
また、自車両が、所定の水深閾値以上の水上に位置することを、他の手段、例えば、撮像装置150で撮像された画像に基づいて車外の走行環境を認識する走行環境認識部170を用いて検出してもよい。この場合、走行環境認識部170は、以下のように、自車両前方の走行位置に、所定の水深閾値以上の水があることを検出する。
すなわち、本実施形態のハイブリッド車100では、撮像装置150によってハイブリッド車100の前方を撮像し、撮像した画像内における色情報や位置情報に基づいて車外の走行環境を認識する。ここで、走行環境は、ハイブリッド車100の走行に伴ったハイブリッド車100の前方における、道路の状態、道路の外側に位置する建物の状態、その道路を走行または横切る自動車の走行状態、歩行者等の移動状態等を含む、総合的な環境情報を示す。このような走行環境に基づいて、走行環境認識部170は、前方の路面が、予め定められた「水面」に相当する所定の条件を満たしていれば(例えば、平面であり、かつ、道路面より高い反射光を有する等)、その路面を「水面」と特定する。そして、その水面の大きさや、その側方に立設する立体物との位置関係に応じて水深を推定する。
このように、走行環境認識部170が、水深が水深閾値以上であると推定すると、条件判定部168が悪路条件を満たすと判定し、エンジン110が停止している場合には、走行モード切換部160がエンジン110を始動し、水深が水深閾値以上であると推定している間、エンジン110の停止を禁止する。
図2は、制御部142による走行処理を説明するためのフローチャートである。まず、条件判定部168は、悪路条件を満たすか否か、例えば、運転者によってスイッチ146がONされたか否か判定する(S200)。ここで、悪路条件が満たされていなければ(S200におけるNO)、その時点の走行モードに応じた適切な制御を行うべく、当該走行処理を終了する。また、悪路条件が満たされていれば(S200におけるYES)、以下の処理が実行される。
すなわち、駆動切換部164は、現在の駆動状態が4WD走行であるか否か判定し(S202)、4WD走行でなければ(S202におけるNO)、4WD走行に切り換える(S204)。このときカップリング制御部166は、電子制御カップリング134を駆動し、走行状態に応じて後輪140への最適な駆動力伝達を行う。また、現在の駆動状態が4WD走行であれば(S202におけるYES)、その4WD走行を維持する。続いて、走行モード切換部160は、現在エンジン110が駆動状態であるか否か判定し(S206)、エンジン110が駆動状態でなければ(S206におけるNO)、エンジン110を始動し(S208)、既にエンジン110が駆動状態であれば(S206におけるYES)、エンジン110の停止を禁止し、駆動状態を維持する。ここでは、条件判定部168が悪路条件を満たしていると判定している間、走行モード切換部160がエンジン110の停止禁止状態を維持する。
以上、説明したように、本実施形態のハイブリッド車100では、車外の環境に拘わらず、条件判定部168が悪路条件を満たしたと判定した場合に、走行モード切換部160がエンジン110の停止を禁止することで排気管から水が侵入することがなくなる。また、エンジン110を予め駆動させておくことで、悪路走行において要求される駆動力が変動した場合でも、常に、エンジン110の駆動で対応するため、出力変動を最小限に抑制でき、かつ、その都度、エンジン110の始動を待つことがなくなり、本来の駆動力を発揮するまでの応答性を向上することが可能となる。
また、コンピュータを制御部142として機能させるプログラム、および、当該プログラムを記録した、コンピュータで読み取り可能なフレキシブルディスク、光磁気ディスク、ROM、CD、DVD、BD等の記憶媒体も提供される。ここで、プログラムは、任意の言語や記述方法にて記述されたデータ処理手段をいう。
以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明はかかる実施形態に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
なお、本明細書の走行処理の各工程は、必ずしもフローチャートとして記載された順序に沿って時系列に処理する必要はなく、並列的あるいはサブルーチンによる処理を含んでもよい。
本発明は、エンジンとモータの2つの動力源を有するハイブリッド車に利用できる。
100 ハイブリッド車
110 エンジン
120 モータ
150 撮像装置
160 走行モード切換部
164 駆動切換部
168 条件判定部
170 走行環境認識部

Claims (5)

  1. エンジンおよびモータの一方または双方の駆動力によって走行するハイブリッド車であって、
    前記エンジンに優先して前記モータで走行するモータ走行モード、および、該モータと該エンジンとを併用して走行するエンジン併用モードを含む複数の走行モードを切り換える走行モード切換部と、
    走行状態に応じて、前輪および後輪のいずれか一方を駆動する2WD走行と、該前輪および該後輪のいずれも駆動する4WD走行とを切り換える駆動切換部と、
    予め定められた悪路条件を満たすか否か判定する条件判定部と、
    を備え、
    前記条件判定部が前記悪路条件を満たすと判定すると、
    前記駆動切換部は、前記2WD走行を行っていれば、前記4WD走行に切り換え、
    前記走行モード切換部は、前記4WD走行に切り換わった後、その時点の走行モードに拘わらず、前記エンジンが停止している場合には該エンジンを始動し、前記悪路条件を満たしている間、該エンジンの停止を禁止することを特徴とするハイブリッド車。
  2. 前記駆動切換部は、前記悪路条件を満たしている間、前記4WD走行を行うとともに、該4WD走行におけるカップリングの複数の締結率のうち比較的高い締結率を選択することを特徴とする請求項1に記載のハイブリッド車。
  3. 前記悪路条件は、運転者によってスイッチがONされたことである請求項1または2に記載のハイブリッド車。
  4. 前記悪路条件は、自車両の位置に、所定の水深閾値以上の水があることである請求項1または2に記載のハイブリッド車。
  5. 撮像装置で撮像された画像に基づいて車外の走行環境を認識する走行環境認識部をさらに備え、
    前記悪路条件は、前記走行環境における自車両前方の走行位置に、所定の水深閾値以上の水があることである請求項1または2に記載のハイブリッド車。
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