JP6098036B2

JP6098036B2 - ハイブリッド車両

Info

Publication number: JP6098036B2
Application number: JP2012050771A
Authority: JP
Inventors: 友章廣澤
Original assignee: Isuzu Motors Ltd
Current assignee: Isuzu Motors Ltd
Priority date: 2012-03-07
Filing date: 2012-03-07
Publication date: 2017-03-22
Anticipated expiration: 2032-03-07
Also published as: JP2013184555A

Description

本発明は、車両の走行用駆動源としてエンジン及び電動機を備えたハイブリッド車両に関する。

走行用駆動源としてエンジン及びモータジェネレータを備えたハイブリッド車両においては、減速時や制動時に駆動軸の回転エネルギをモータジェネレータにより電気エネルギに変換してバッテリに蓄電する回生発電が行われている。

ところで、一般的に車両にはパワーステアリングや空調装置等の補機類が装備されており、これら補機類をエンジンの駆動力により駆動させている。このため、ハイブリッド車両がモータジェネレータの駆動力で走行している時に、これら補機類の駆動を維持するには、エンジンをアイドル運転させるか、あるいは、クラッチを接続してモータジェネレータの駆動力によりエンジンを回転させる必要がある。

例えば、特許文献１には、ハイブリッド車両において、通常時はエンジンにより補機類を駆動させる一方、エンジン停止時は走行用のモータジェネレータによりクランクシャフトを回転させて補機類を駆動させる技術が開示されている。

特開平９−２８９７０６号公報

ところで、車両の走行においては、エンジンブレーキ作動時等の減速時に、運転者が速度調整のために微小なアクセル操作を行うことがある。特に、エンジン回転数が高く燃料噴射量が少ない場合、エンジンはエンジン効率の低い運転領域で駆動されるため、燃費が悪化することになる。

また、車両がモータジェネレータの駆動力で走行している時に、補機類の駆動を維持するためにエンジンのアイドル運転を行う場合は、このアイドル燃料噴射分だけ燃費が悪化する。さらに、上述の従来技術のように、エンジン停止時に補機類の駆動を維持するために、モータジェネレータの駆動力でエンジンを回転させた場合は、エンジンフリクションにより効率の低下を招く可能性がある。

本発明はこのような点に鑑みてなされたもので、その目的は、車両の減速時において、補機類の駆動を停止させることなく燃費の悪化や効率の低下を効果的に抑止することにある。

上記目的を達成するため、本発明のハイブリッド車両は、車両の走行用駆動源としてエンジン及び第１の電動機を備えたハイブリッド車両であって、前記エンジンから前記車両の駆動輪に伝達される駆動力を断接可能にするクラッチと、前記エンジンを駆動する第２の電動機と、前記車両の走行状態から該車両が減速中か否かを判定する減速判定手段と、前記走行用駆動源に対する要求負荷が、駆動源として前記エンジンを用いるよりも前記第１の電動機を用いた方が高効率となる所定の低負荷領域にあるか否かを判定する要求負荷判定手段と、前記エンジンの燃料噴射、前記第１の電動機の駆動、前記クラッチの断接及び、前記第２の電動機の駆動を制御する制御手段とを備え、前記減速判定手段が減速中と判定し、かつ、前記要求負荷判定手段が要求負荷を所定の低負荷領域にあると判定した場合に、前記制御手段が、前記クラッチを断にし、前記エンジンの燃料噴射を停止し、前記第２の電動機を駆動させると共に、前記第１の電動機を走行用駆動源として駆動させることを特徴とする。

また、前記要求負荷は、操作者により操作されるアクセルペダルの踏み込み量から換算される前記エンジンへの指示燃料噴射量であり、前記要求負荷判定手段は、駆動源として前記エンジンを用いるよりも前記第１の電動機を用いた方が高効率となる燃料噴射量の閾値をエンジン回転数毎に設定すると共に、換算された前記指示噴射量が前記閾値以下の場合に、要求負荷を所定の低負荷領域にあると判定するようにしてもよい。

本発明のハイブリッド車両によれば、車両の減速時において、補機類の駆動を停止させることなく燃費の悪化や効率の低下を効果的に抑止することができる。

本発明の一実施形態に係るハイブリッド車両を示す模式的な全体構成図である。本発明の一実施形態に係るＥＣＵを示す機能ブロック図である。本発明の一実施形態に係る噴射量閾値マップを示す図である。本発明の一実施形態に係る制御内容を示すフローチャートである。

以下、図１〜４に基づいて、本発明の一実施形態に係るハイブリッド車両の制御装置を説明する。同一の部品には同一の符号を付してあり、それらの名称および機能も同じである。したがって、それらについての詳細な説明は繰返さない。

図１に示すように、本実施形態に係るハイブリッド車両１は、駆動源としてのディーゼルエンジン（以下、単にエンジンという）１０と、エンジン１０にメインクラッチ１１を介して接続された変速機１２と、電動機もしくは発電機として駆動するモータジェネレータ１３と、モータジェネレータ１３に電気的に接続されたインバータ１４と、インバータ１４に電気的に接続されたメインバッテリ１５と、エンジン１０を駆動させる補助モータジェネレータ１６と、これら機器類１０〜１６を制御する電子制御ユニット（以下、ＥＣＵという）４０と、変速機１２に接続されたプロペラシャフト１７と、プロペラシャフト１７に接続された差動装置１８と、差動装置１８に駆動軸１９を介して接続された左右の駆動輪３１Ｌ，３１Ｒと、車両１の速度を検出する車速センサ６１と、エンジン１０の回転数を検出するエンジン回転数センサ６２と、操作者によるアクセルペダル３０の踏み込み量を検出するアクセルポジションセンサ６３とを備えている。

エンジン１０は、複数の気筒２（本実施形態では４気筒）を備えている。また、これらの気筒２には、図示しない燃料タンクからコモンレール３に供給された加圧燃料を筒内に直接噴射するインジェクタ４がそれぞれ設けられている。このインジェクタ４は、ＥＣＵ４０から入力される指示信号に応じて、図示しない噴射ノズルの芯弁を開閉させることで、燃料噴射量や噴射時期等がコントロールされている。

メインクラッチ１１は、例えば湿式多板クラッチであって、エンジン１０のクランクシャフト１０ａと変速機１２のインプットシャフト１２ａとを断接制御する。このメインクラッチ１１による断接制御は、ＥＣＵ４０から入力される指示信号に応じて図示しないクラッチアクチュエータが作動することにより行われる。

変速機１２は、メインクラッチ１１に接続されたインプットシャフト１２ａと、プロペラシャフト１７に接続された図示しないアウトプットシャフトと、インプットシャフト１２ａ及びアウトプットシャフトに平行な図示しないカウンタシャフトと、これらのシャフトに設けられた図示しない複数のギヤとを備えている。また、変速機１２のアウトプットシャフトには、動力取り出し装置（以下、ＰＴＯ装置という）の一部を構成するＰＴＯ軸３０が、図示しないギヤを介し連結されている。この変速機１２の変速作動は、ＥＣＵ４０から入力される指示信号に応じて自動制御される。

モータジェネレータ１３の図示しない回転軸は、ＰＴＯ装置のＰＴＯ軸３０に接続されている。このモータジェネレータ１３は、メインバッテリ１５に蓄電された直流電力がインバータ１４によって交流電力に変換されて供給されることでモータとして駆動される。また、モータジェネレータ１３は、回生制動時に変速機１２のアウトプットシャフト（不図示）と連動して回転されることで発電機として駆動される。なお、ＰＴＯ軸３０には、ＥＣＵ４０から入力される指示信号に応じて断接制御されるＰＴＯクラッチ（不図示）を設けてもよい。

インバータ１４は、ＥＣＵ４０から入力される指示信号に応じて、モータジェネレータ１３とメインバッテリ１５との間及び、補助モータジェネレータ１６とメインバッテリ１５との間の電力を制御する。例えば、インバータ１４は、モータジェネレータ１３をモータとして駆動させるときは、メインバッテリ１５に蓄電された直流電力を所定の交流電力に変換してモータジェネレータ１３に供給する。また、インバータ１４は、モータジェネレータ１３を発電機として駆動させるときは、モータジェネレータ１３により回生発電された交流電力を直流電力に変換した後にメインバッテリ１５へ供給する。さらに、インバータ１４は、補助モータジェネレータ１６をモータとして駆動させるときは、メインバッテリ１５に蓄電された直流電力を交流電力に変換して補助モータジェネレータ１６に供給する。

補助モータジェネレータ１６の図示しない回転軸は、図示しないギヤ等を介してエンジン１０のクランクシャフト１０ａに機械的に連結されている。この補助モータジェネレータ１６は、メインバッテリ１５に蓄電された直流電力がインバータ１４によって交流電力に変換されて供給されることでモータとして駆動される。このように補助モータジェネレータ１６がモータとして駆動すると、その回転力は機械的に連結されたクランクシャフト１０ａに伝達されてエンジン１０を駆動させる。

ＥＣＵ４０は、エンジン１０や変速機１２等、車両１に搭載された機器類の各種制御を行うもので、公知のＣＰＵやＲＯＭ、ＲＡＭ、入力ポート、出力ポート等を備え構成されている。この各種制御を行うため、ＥＣＵ４０には、車速センサ６１やエンジン回転数センサ６２、アクセルポジションセンサ６３等の各種センサの出力信号がＡ／Ｄ変換された後に入力される。

また、ＥＣＵ４０は、図２に示すように、減速判定部４１と、微小噴射判定部４２と、要求負荷判定部４３と、メインクラッチ制御部４４と、エンジン制御部４５と、補助モータ駆動制御部４８と、走行モータ駆動制御部４９とを一部の機能要素として有する。これら各機能要素は、本実施形態では一体のハードウェアであるＥＣＵ４０に含まれるものとして説明するが、これらのいずれか一部を別体のハードウェアに設けることもできる。

減速判定部４１は、車速センサ６１により検出される車速Ｖに基づいて、車両１の走行状態が減速中か否かを判定する。例えば、車速Ｖの変化量ΔＶがマイナスであれば車両１の走行状態は減速中と判定され、車速Ｖの変化量ΔＶがプラスであれば車両１の走行状態は加速中と判定される。なお、本実施形態において、この減速判定部４１と車速センサ６１とは、本発明の減速判定手段に相当する。

微小噴射判定部４２は、アクセルポジションセンサ６３により検出されるアクセルペダル３０の踏み込み量から換算した燃料噴射量（以下、指示噴射量という）Ｑに基づいて、この指示噴射量Ｑが減少傾向にあるか否かを判定する。例えば、指示噴射量Ｑの変化量ΔＱがマイナスであれば指示噴射量Ｑは減少傾向と判定され、指示噴射量Ｑの変化量ΔＱがプラスであれば指示噴射量Ｑは増加傾向と判定される。

要求負荷判定部４３は、微小噴射判定部４２により算出された直近の指示噴射量Ｑが、車両１の走行用駆動源としてエンジン１０を用いるよりもモータジェネレータ１３を用いる方が高効率となる所定の低負荷領域にあるか否かを判定する。より詳しくは、ＥＣＵ４０には、予め実験等により作成したエンジン回転数Ｎと指示噴射量Ｑとをパラメータとする噴射量閾値マップ（図３参照）が記憶されている。この噴射量閾値マップ上には、エンジン回転数Ｎの上昇に従い指示噴射量Ｑを増加させた噴射量閾値Ｑ_THが設定されている。噴射量閾値マップ上において、指示噴射量Ｑが噴射量閾値Ｑ_TH以下になる領域Ａは、走行用駆動源としてエンジン１０を用いるよりもモータジェネレータ１３を用いる方が高効率となる所定の低負荷領域を示している。また、噴射量閾値マップ上において、指示噴射量Ｑが噴射量閾値Ｑ_THよりも大きくなる領域Ｂは、走行用駆動源としてモータジェネレータ１３を用いるよりもエンジン１０を用いる方が高効率となる所定の高負荷領域を示している。

要求負荷判定部４３は、噴射量閾値マップからエンジン回転数センサ６２で検出されたエンジン回転数Ｎに対応する噴射量閾値Ｑ_THを読み取ると共に、この噴射量閾値Ｑ_THと微小噴射判定部４２により算出された直近の指示噴射量Ｑとを比較する。そして、直近の指示噴射量Ｑが噴射量閾値Ｑ_TH以下の場合（Ｑ≦Ｑ_TH）、要求負荷判定部４３はこの指示噴射量Ｑをエンジン１０よりもモータジェネレータ１３を用いる方が高効率となる所定の低負荷領域にあると判定する。一方、直近の指示噴射量Ｑが噴射量閾値Ｑ_THよりも大きい場合（Ｑ＞Ｑ_TH）、要求負荷判定部４３はこの指示噴射量Ｑをモータジェネレータ１３よりもエンジン１０を用いる方が高効率となる所定の高負荷領域にあると判定する。なお、本実施形態において、微小噴射判定部４２、要求負荷判定部４３、エンジン回転数センサ６２及び、アクセルポジションセンサ６３は、本発明の要求負荷判定手段に相当する。

メインクラッチ制御部４４は、メインクラッチ１１の図示しないクラッチアクチュエータの作動を制御する。また、メインクラッチ制御部４４は、減速判定部４１が走行状態を減速中と判定し、かつ、微小噴射判定部４２が指示噴射量Ｑを減少傾向と判定し、かつ、要求負荷判定部４３が直近の指示噴射量Ｑを所定の低負荷領域にあると判定した場合に、メインクラッチ１１の接続を切断状態に制御する。

エンジン制御部４５は、アクセルポジションセンサ６３により検出されるアクセルペダル３０の踏み込み量に応じて、エンジン１０のインジェクタ４による燃料噴射を制御する。また、エンジン制御部４５は、減速判定部４１が走行状態を減速中と判定し、かつ、微小噴射判定部４２が指示噴射量Ｑを減少傾向と判定し、かつ、要求負荷判定部４３が直近の指示噴射量Ｑを所定の低負荷領域にあると判定した場合に、インジェクタ４による燃料噴射を停止させる。

補助モータ駆動制御部４８は、エンジン１０を駆動させるための補助モータジェネレータ１６の駆動を制御する。この補助モータ駆動制御部４８は、減速判定部４１が走行状態を減速中と判定し、かつ、微小噴射判定部４２が指示噴射量Ｑを減少傾向と判定し、かつ、要求負荷判定部４３が直近の指示噴射量Ｑを所定の低負荷領域にあると判定した場合に、メインバッテリ１５からインバータ１４を介して補助モータジェネレータ１６に電力を供給させる。これにより、補助モータジェネレータ１６が電動機として駆動されて、その駆動力はエンジン１０のクランクシャフト１０ａに伝達される。なお、この時、補助モータジェネレータ１６により駆動されるエンジン１０の回転数は、燃料噴射によるアイドル運転時の回転数よりも低くなるように制御される。

走行モータ駆動制御部４９は、電動機もしくは発電機としてのモータジェネレータ１３の駆動を制御する。また、走行モータ駆動制御部４９は、微小噴射判定部４２が指示噴射量Ｑを減少傾向と判定し、かつ、要求負荷判定部４３が直近の指示噴射量Ｑを所定の低負荷領域にあると判定した場合に、メインバッテリ１５からインバータ１４を介してモータジェネレータ１３に要求負荷に応じた所定の電力を供給させる。これにより、モータジェネレータ１３が走行用の電動機として駆動されて、その駆動力は変速機１２からプロペラシャフト１７、差動装置１８及び、駆動軸１９を介して左右の駆動輪３１Ｌ，３１Ｒに伝達される。

次に、図４に基づいて、本実施形態に係るハイブリッド車両１のＥＣＵ４０による制御フローを説明する。本制御はエンジン１０の始動（イグニッションスイッチのキースイッチＯＮ）と同時にスタートする。

ステップ（以下、ステップを単にＳと記載する）１００では、減速判定部４１により、車速Ｖの変化量ΔＶに基づいて車両１の走行状態が減速中か否かが判定される。変化量ΔＶがマイナスであれば、車両１の走行状態は減速中と判定されてＳ１１０に進む。一方、車両１の走行状態が減速中でない場合は、再びＳ１００の減速判定に戻される。

Ｓ１１０では、微小噴射判定部４２により、アクセルペダル３０の踏み込み量から換算した指示噴射量Ｑに基づいて、この指示噴射量Ｑが減少傾向にあるか否かが判定される。指示噴射量Ｑの変化量ΔＱがマイナスであれば、指示噴射量Ｑは減少傾向と判定されてＳ１２０に進む。一方、指示噴射量Ｑが増加傾向の場合はＳ１００に戻される。

Ｓ１２０では、要求負荷判定部４３により、直近の指示噴射量Ｑが駆動源としてエンジン１０を用いるよりもモータジェネレータ１３を用いる方が高効率となる所定の低負荷領域にあるか否かが判定される。直近の指示噴射量Ｑが噴射量閾値マップから読み取られた噴射量閾値Ｑ_TH以下（Ｑ≦Ｑ_TH）であれば、指示噴射量Ｑは所定の低負荷領域にあると判定されてＳ１３０に進む。一方、直近の指示噴射量Ｑが噴射量閾値Ｑ_THよりも大きい場合（Ｑ＞Ｑ_TH）はＳ１１０に戻される。

Ｓ１３０では、メインクラッチ制御部４４により、メインクラッチ１１の接続が切断状態に制御される。また、走行モータ駆動制御部４９により、モータジェネレータ１３が車両走行用の電動機として駆動される。また、燃費の悪化を抑止するために、エンジン制御部４５によりエンジン１０のインジェクタ４による燃料噴射が停止される。さらに、補機類の駆動を維持するために、補助モータ駆動制御部４８により、補助モータジェネレータ１６が電動機として駆動されて、その回転力はエンジン１０のクランクシャフト１０ａに伝達される。

Ｓ１４０では、アクセルポジションセンサ６３の検出値から換算した指示噴射量Ｑがゼロか否かが確認される。指示噴射量Ｑがゼロの場合（Ｑ＝０）、本制御はリターンされる。一方、指示噴射量Ｑがゼロでない場合（Ｑ≠０）は、Ｓ１２０に戻される。その後、Ｓ１００〜１４０の制御フローは、エンジン１０が停止（イグニッションスイッチのキースイッチＯＦＦ）するまで繰り返し行われる。

次に、本実施形態に係るハイブリッド車両１による作用効果を説明する。

車両１の走行状態が減速中と判定されて、かつ、指示噴射量Ｑが減少傾向と判定され、かつ、この指示噴射量Ｑが走行用駆動源としてエンジン１０よりもモータジェネレータ１３を用いる方が高効率となる所定の低負荷領域にあると判定された場合、走行用駆動源がエンジン１０からモータジェネレータ１３に切り替えられると共に、エンジン１０の燃料噴射は停止される。

したがって、減速時に運転者が速度調整のために微小なアクセル操作を行った場合など、エンジン効率が低下する運転領域においては、エンジン１０の燃料噴射は停止されることになり、燃費の悪化を効果的に抑止することができる。

また、モータジェネレータ１３が車両走行用の電動機として駆動されると、エンジン１０のフリクションによりモータ駆動の効率が低下しないように、メインクラッチ１１は切断状態に制御される。さらに、補機類の駆動を維持するために、補助モータジェネレータ１６が電動機として駆動されて、その回転力はエンジン１０のクランクシャフト１０ａに伝達される。

したがって、モータジェネレータ１３を走行用駆動源として駆動する際に、メインクラッチ１１を切断状態にすることで、モータ駆動の効率低下を効果的に抑止することができると共に、補助モータジェネレータ１６を駆動させてエンジン１０を回転させることで、補機類の駆動を維持することができる。

また、補助モータジェネレータ１６により駆動されるエンジン１０の回転数は、燃料噴射によるアイドル運転時の回転数よりも低くなるように制御されるので、補助モータジェネレータ１６による消費エネルギを効果的に低減することができる。

なお、本発明は、上述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、適宜変形して実施することが可能である。

例えば、モータジェネレータ１３は、その回転軸がＰＴＯ装置のＰＴＯ軸３０を介して変速機１２のアウトプットシャフトに連結されるものとして説明したが、メインクラッチ１１と変速機１２との間に介装されてもよい。

また、エンジン１０はディーゼルエンジンに限られず、ガソリンエンジン等にも広く適用することが可能である。

１ハイブリッド車両
１０エンジン
１１メインクラッチ（クラッチ）
１２変速機
１３モータジェネレータ（第１の電動機）
１４インバータ
１５メインバッテリ
１６補助モータジェネレータ（第２の電動機）
４０ＥＣＵ（制御手段）
４１減速判定部
４２微小噴射判定部
４３要求負荷判定部
４４メインクラッチ制御部
４５エンジン制御部
４８補助モータ駆動制御部
４９走行モータ駆動制御部
６１車速センサ
６２エンジン回転数センサ
６３アクセルポジションセンサ

Claims

車両の走行用駆動源としてエンジン及び第１の電動機を備えたハイブリッド車両であって、
前記エンジンから前記車両の駆動輪に伝達される駆動力を断接可能にするクラッチと、
前記エンジンを駆動する第２の電動機と、
前記車両の走行状態から該車両が減速中か否かを判定する減速判定手段と、
前記走行用駆動源に対する要求負荷が、駆動源として前記エンジンを用いるよりも前記第１の電動機を用いた方が高効率となる所定の低負荷領域にあるか否かを判定する要求負荷判定手段と、
前記エンジンの燃料噴射、前記第１の電動機の駆動、前記クラッチの断接及び、前記第２の電動機の駆動を制御する制御手段とを備え、
前記減速判定手段が減速中と判定し、かつ、前記要求負荷判定手段が要求負荷を所定の低負荷領域にあると判定した場合に、
前記制御手段が、前記クラッチを断にし、前記エンジンの燃料噴射を停止し、前記第２の電動機を駆動させると共に、前記第１の電動機を走行用駆動源として駆動させ、
前記要求負荷は、操作者により操作されるアクセルペダルの踏み込み量から換算される前記エンジンへの指示燃料噴射量であり、
前記要求負荷判定手段は、駆動源として前記エンジンを用いるよりも前記第１の電動機を用いた方が高効率となる燃料噴射量の閾値をエンジン回転数に応じて設定すると共に、換算された前記指示噴射量が前記閾値以下の場合に、要求負荷を所定の低負荷領域にあると判定し、
前記要求負荷判定手段は、前記エンジンの回転数の上昇に従い増加する前記閾値を設定することを特徴とするハイブリッド車両。