JP6194847B2 - 車両 - Google Patents

Description

本発明は、エンジンおよびモータジェネレータを備え、エンジンおよびモータジェネレータの少なくとも一方の動力で走行可能な車両に関する。

特開２０１１−２１９０３９号公報（特許文献１）には、エンジンと、バッテリと、バッテリに蓄えられた電力で駆動可能なモータジェネレータと、充電優先ボタンとを備えるハイブリッド車両が開示されている。このハイブリッド車両は、充電優先ボタンがオン操作された場合、急速充電走行モードで走行する。急速充電走行モードでは、エンジンの出力をユーザの要求駆動力よりも高くし、エンジンの動力の一部を用いて駆動力を発生しつつ、エンジンの動力の残部を用いてモータジェネレータが発電した電力でバッテリを急速充電することでバッテリの蓄電量（以下「ＳＯＣ」ともいう）を回復させる。

特開２０１１−２１９０３９号公報

しかしながら、特許文献１に開示されたハイブリッド車両においては、充電優先ボタンがオン操作された場合、仮にエンジンの動力を用いることなくモータジェネレータの回生電力のみでＳＯＣの回復が見込める状況であっても、ＳＯＣを回復させることを最優先としてエンジンを常に運転している。そのため、エンジンの燃料消費量が必要以上に増加し、燃費が悪化するおそれがある。

本発明は、上述の課題を解決するためになされたものであって、その目的は、エンジンおよびモータジェネレータを備えた車両において、バッテリの蓄電量を回復させる回復モードの実行中に、エンジンの燃料消費を抑えつつバッテリの蓄電量を回復させることである。

この発明に係る車両は、エンジンおよびモータジェネレータを備え、エンジンおよびモータジェネレータの少なくとも一方の動力で走行可能な車両であって、モータジェネレータに電気的に接続され、エンジンの動力を用いてモータジェネレータが発電するエンジン発電電力および車両の運動エネルギを用いてモータジェネレータが発電する回生電力の少なくとも一方によって充電されるバッテリと、回生電力の要求レベルをユーザの操作に応じて設定するための回生レベル設定部と、バッテリの蓄電量を回復させる回復モードの実行中において、回生レベル設定部によって設定される回生電力の要求レベルに基づいてエンジンの停止を許容するのか否かを決定する制御部とを備える。

このような構成によれば、回復モードの実行中に、エンジンの停止が一律に禁止される（エンジンが常に運転される）のではなく、回生電力の要求レベルに基づいてエンジンの停止を許容するのか否かが決定される。そのため、たとえば回生電力の要求レベルが所定レベルよりも大きい場合には、回生電力によってバッテリの蓄電量の回復が見込める状況が生じ得るため、エンジンの停止を許容して燃料消費を抑えつつ、回生電力によってバッテリの蓄電量を回復させることが可能となる。その結果、回復モードの実行中に、エンジンの燃料消費を抑えつつ、バッテリの蓄電量を回復させることができる。

好ましくは、制御部は、回復モードの実行中でかつ回生電力の要求レベルが所定レベルよりも小さい場合にはエンジンの停止を許容せず、回復モードの実行中でかつ回生電力の要求レベルが所定レベルよりも大きい場合にはエンジンの停止を許容する。

このような構成によれば、回復モードの実行中に、回生電力の要求レベルが所定レベルよりも小さい場合には、回生電力によってバッテリの蓄電量の回復が見込める状況ではないため、エンジンの停止を禁止する。これにより、エンジン発電電力によってバッテリの蓄電量を回復させることができる。一方、回生電力の要求レベルが所定レベルよりも大きい場合には、回生電力によってバッテリの蓄電量の回復が見込める状況であるため、エンジンの停止を許容する。これにより、エンジンの燃料消費を抑えつつ、回生電力によってバッテリの蓄電量を回復させることができる。

好ましくは、回復モードは、所定電力よりも大きい電力でバッテリを充電することによってバッテリの蓄電量を回復させるモードである。制御部は、回復モードの実行中でかつ回生電力の要求レベルが所定レベルよりも大きい場合において、実際の回生電力が所定電力よりも小さいときはエンジンを運転し、実際の回生電力が所定電力よりも大きいときはエンジンを停止する。

このような構成によれば、回復モードの実行中でかつ回生電力の要求レベルが所定レベルよりも大きい場合において、実際の回生電力が所定電力よりも小さいときは、エンジンを運転してエンジン発電電力でバッテリの蓄電量を回復させることができる。一方、実際の回生電力が所定電力よりも大きいときは、エンジンを停止して燃料消費を抑えつつ、所定電力よりも大きい回生電力でバッテリの蓄電量を早期に回復させることができる。

車両の全体ブロック図である。 ＥＣＵが行なう処理の流れを示すフローチャートである。 ＳＯＣ回復モードの実行中におけるバッテリ充電電力の変化の一例を示す図である。

以下、図面を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明する。以下の説明では、同一の部品には同一の符号を付してある。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り返さない。

本明細書において「電力」という用語は、狭義の電力（仕事率）を意味する場合と、広義の電力である電力量（仕事量）または電気エネルギを意味する場合とがあり、その用語が使用される状況に応じて弾力的に解釈される。

図１は、本実施の形態による車両１の全体ブロック図である。車両１は、エンジン１０と、第１モータジェネレータ（以下「第１ＭＧ」ともいう）２０と、第２モータジェネレータ（以下「第２ＭＧ」ともいう）３０と、動力分割装置４０と、ＰＣＵ（Power Control Unit）５０と、バッテリ６０と、駆動輪８０と、ＥＣＵ（Electronic Control Unit）１００とを備える。

車両１は、エンジン１０の動力および第２ＭＧ３０の動力（すなわちバッテリ６０の電力）の少なくとも一方によって走行するハイブリッド車両である。

エンジン１０が発生する動力は、動力分割装置４０によって、駆動輪８０へ伝達される経路と、第１ＭＧ２０へ伝達される経路とに分割される。

第１ＭＧ２０および第２ＭＧ３０は、ＰＣＵ５０によって駆動される三相交流回転電機である。第１ＭＧ２０は、動力分割装置４０によって分割されたエンジン１０の動力を用いて発電する。第１ＭＧ２０は、車両１の減速時に動力分割装置４０を経由して駆動輪８０から伝達される車両１の運動エネルギを用いて発電することも可能である。

第２ＭＧ３０は、バッテリ６０に蓄えられた電力および第１ＭＧ２０により発電された電力の少なくともいずれか一方を用いて車両１の駆動力を発生する。また、第２ＭＧ３０は、車両１の減速時に駆動輪８０から伝達される車両１の運動エネルギを用いて発電する。第２ＭＧ３０は、動力分割装置４０を経由して伝達されるエンジン１０の動力を用いて発電することも可能である。

以下では、第１ＭＧ２０および第２ＭＧ３０の少なくとも一方がエンジン１０の動力を用いて発電する電力を「エンジン発電電力」ともいう。さらに、第１ＭＧ２０および第２ＭＧ３０の少なくとも一方が車両１の減速時に車両１の運動エネルギを用いて発電する電力を「回生発電電力」ともいう。

動力分割装置４０は、サンギヤと、ピニオンギヤと、キャリアと、リングギヤとを含む遊星歯車機構である。ピニオンギヤは、サンギヤおよびリングギヤの各々と噛み合う。キャリアは、ピニオンギヤを自転可能に支持するとともに、エンジン１０のクランク軸に連結される。サンギヤは、第１ＭＧ２０の回転軸に連結される。リングギヤは、第２ＭＧ３０の回転軸および駆動輪８０に連結される。

ＰＣＵ５０は、バッテリ６０に蓄えられた直流電力を第１ＭＧ２０および第２ＭＧ３０を駆動可能な交流電力に変換する。また、ＰＣＵ５０は、第１ＭＧ２０および第２ＭＧ３０で発電された交流電力をバッテリ６０に充電可能な直流電力に変換する。

バッテリ６０は、たとえば、ニッケル水素やリチウムイオン等を含んで構成される。バッテリ６０は、上述したエンジン発電電力および回生電力の少なくとも一方によって充電される。

車両１には、ＳＯＣ回復スイッチ２および回生レベル調整装置３が備えられる。
ＳＯＣ回復スイッチ２は、バッテリ６０の蓄電量（State Of Charge、以下「ＳＯＣ」という）を現在の値よりも回復させることを要求する信号（以下「ＳＯＣ回復要求信号」という）をユーザの操作に応じてＥＣＵ１００に出力する。

回生レベル調整装置３は、ユーザが要求する回生電力のレベル（以下「要求回生レベル」ともいう）をユーザが設定するための装置である。回生レベル調整装置３は、たとえばパドル式のスイッチとしてステアリング近傍に配置される。回生レベル調整装置３は、ユーザが設定した要求回生レベルをＥＣＵ１００に出力する。

さらに、図示していないが、車両１には、車速を検出する車速センサ、バッテリ６０の状態（電圧、電流、温度など）を検出する監視センサなど、車両１の制御に必要なさまざまな物理量を検出するための複数のセンサを備える。これらの各センサは検出結果をＥＣＵ１００に出力する。

ＥＣＵ１００は、図示しないＣＰＵ（Central Processing Unit）およびメモリを内蔵し、当該メモリに記憶された情報や各センサからの情報に基づいて所定の演算処理を実行する。ＥＣＵ１００は、演算処理の結果に基づいて車両１に搭載される各機器を制御する。

ＥＣＵ１００は、バッテリ６０の状態を監視センサで検出した結果に基づいて、バッテリ６０のＳＯＣを算出する。ＳＯＣの算出方法としては、バッテリ６０の電圧とＳＯＣとの関係を用いて算出する方法や、電流の積算値を用いて算出する方法等、種々の公知の手法を用いることができる。なお、ＳＯＣは、バッテリ６０の最大容量を１００％とする百分率で表される。

ＥＣＵ１００は、車両減速時（たとえばユーザがアクセルペダルを踏んでいない時）に発生される回生電力を、回生レベル調整装置３から受信した要求回生レベルを超えないように制限する。したがって、ユーザは、回生レベル調整装置３を操作して要求回生レベルを調整することによって、車両減速時の回生ブレーキ力を調整することができる。なお、回生電力は、バッテリ６０に充電される。

ＥＣＵ１００は、ＳＯＣ回復スイッチ２から「ＳＯＣ回復要求信号」を受信している場合、ＳＯＣを現在の値よりも回復させるためのモード（以下「ＳＯＣ回復モード」という）で車両１を制御する。ＳＯＣ回復モードの実行中、ＥＣＵ１００は、ユーザの要求する車両駆動力を発生しつつ、予め定められた「しきい値α」よりも大きい電力（単位：ワット）でバッテリ６０を充電し続けるようにエンジン１０、第１ＭＧ２０および第２ＭＧ３０を制御することによってＳＯＣを現在の値よりも大きい所定の目標値（たとえば上限値あるいは上限値に近い値）まで早期に回復させる。

以上のような構成を有する車両１において、ＥＣＵ１００は、ＳＯＣ回復モードの実行中、上述したように、しきい値αよりも大きい電力でバッテリ６０を充電し続けることによってＳＯＣを早期に回復させる。

この際、要求回生レベルが所定レベル（しきい値α以上のレベル）を超えている場合、車両１が減速する際には回生電力がしきい値αよりも大きくなる状況（すなわち回生電力のみでＳＯＣを早期に回復させることができる状況）が生じ得る。それにも関わらず、エンジン１０を常時運転してしまうと、エンジン１０の燃料消費量が必要以上に増加し、燃費が悪化するおそれがある。

そこで、本実施の形態によるＥＣＵ１００は、ＳＯＣ回復モードの実行中において、回生レベル調整装置３から受信する要求回生レベルに基づいて、エンジン１０の間欠運転を許容する（すなわちエンジン１０の停止を許容する）のか、エンジン１０の間欠運転を禁止する（すなわちエンジン１０の停止を禁止してエンジン１０を常時運転する）のかを決定する。

図２は、ＥＣＵ１００が行なう処理の流れを示すフローチャートである。このフローチャートは、所定周期で繰り返し実行される。

Ｓ１０にて、ＥＣＵ１００は、ＳＯＣ回復モードの実行中であるか否かを判定する。ＳＯＣ回復モードの実行中でない場合（Ｓ１０にてＮＯ）、ＥＣＵ１００は、処理を終了させる。

ＳＯＣ回復モードの実行中である場合（Ｓ１０にてＹＥＳ）、ＥＣＵ１００は、Ｓ１１にて、第２ＭＧ３０が回生発電中であるか否かを判定する。

第２ＭＧ３０が回生発電中である場合（Ｓ１１にてＹＥＳ）、ＥＣＵ１００は、Ｓ１２にて、回生レベル調整装置３から受信する要求回生レベルが所定レベル（しきい値α以上のレベル）よりも大きいか否かを判定する。

第２ＭＧ３０が回生発電中でない場合（Ｓ１１にてＮＯ）、あるいは要求回生レベルが所定レベルよりも小さい場合（Ｓ１２にてＮＯ）、回生電力はしきい値α未満となるため、ＳＯＣを早期に回復させるためにはエンジン発電電力が必要である。そのため、ＥＣＵ１００は、Ｓ１３にて、エンジン１０の間欠運転を禁止する。すなわち、ＥＣＵ１００は、エンジン１０の停止を禁止してエンジン１０を常時運転する。

この際、ＥＣＵ１００は、ユーザの要求する駆動力に要求充電量（エンジン発電電力を発生させるために用いられる駆動力）を上乗せした値を、エンジン１０から出力させる。要求充電量は、エンジン発電電力がしきい値αよりも大きくなる範囲内で、エンジン１０の熱効率分布およびバッテリ７０の受入可能電力に基づいて決定される。たとえば、熱効率が最大となるエンジン出力（以下「燃費最大出力」という）に対してユーザの要求駆動力が小さい場合には、エンジン１０の出力（要求駆動力と要求充電量との合計）が燃費最大出力となるまで要求充電量を増加させることで、エンジン１０の熱効率を向上させる。ただし、バッテリ６０の保護の観点から、要求充電量の上限は、バッテリ７０の受入可能電力未満の範囲に制限される。

一方、要求回生レベルが所定レベルよりも大きい場合（Ｓ１２にてＹＥＳ）には、車両１が減速する際に回生電力がしきい値αよりも大きくなる状況が生じ得る。そのため、ＥＣＵ１００は、Ｓ１４〜Ｓ１６にて、エンジン１０の間欠運転を許容する（すなわちエンジン１０の停止を許容する）。

具体的には、Ｓ１４にて、ＥＣＵ１００は、実際の回生電力がしきい値αよりも大きいか否かを判定する。実際の回生電力がしきい値αよりも大きい場合（Ｓ１４にてＹＥＳ）、回生電力のみでＳＯＣを早期に回復させることができるため、ＥＣＵ１００は、Ｓ１５にてエンジン１０を停止する。一方、実際の回生電力がしきい値αよりも小さい場合（Ｓ１４にてＮＯ）、ＳＯＣを早期に回復させるためにはエンジン発電電力が必要であるため、Ｓ１６にてエンジン１０を運転する。この際、ＥＣＵ１００は、Ｓ１３と同様にエンジン１０の出力を制御する。

図３は、ＳＯＣ回復モードの実行中におけるバッテリ充電電力（バッテリ６０に入力される電力）の変化の一例を示す図である。

定速走行中の時刻ｔ１にて、ユーザがＳＯＣ回復スイッチ２を操作したことによってＳＯＣ回復モードに移行された場合を想定する。

時刻ｔ１から時刻ｔ２までの期間では、定速走行中であり回生発電がなされていないため、要求回生レベルとは関係なく、エンジン１０の間欠運転が禁止される。そのため、エンジン１０が運転され、しきい値αよりも大きいエンジン発電動力でバッテリ６０が充電される。

車両１が減速し始め回生発電が行なわれ始めた時刻ｔ２にて、要求回生レベルが所定レベルを超えているため、今後回生電力がしきい値αよりも大きくなる状況が生じ得る。そのため、エンジン１０の間欠運転が許容される。

具体的には、時刻ｔ２から時刻ｔ３までの期間では、未だ回生電力がしきい値αよりも小さいため、エンジン１０の運転が継続される。したがって、この期間では、エンジン発電電力と回生充電との双方の電力でバッテリ６０が充電される。

時刻ｔ３から時刻ｔ４までの期間では、回生電力がしきい値αを超えており回生電力のみでＳＯＣを早期に回復させることができるため、エンジン１０が停止される。したがって、この期間は、回生電力のみでバッテリ６０が充電される。

時刻ｔ４で再び回生電力がしきい値α未満に低下すると、エンジン１０が再始動され、エンジン発電電力と回生充電との双方の電力でバッテリ６０が充電される。

時刻ｔ５以降においては、車両１が停止したことに伴い回生電力が０となるため、エンジン１０の間欠運転が再び禁止される。そのため、時刻ｔ５以降においてもエンジン１０の運転は継続され、エンジン発電電力でバッテリ６０の充電が継続される。

このように、ＥＣＵ１００は、ＳＯＣ回復モードの実行中において回生発電中であってかつ要求回生レベルが所定レベルを超えている場合（時刻ｔ２から時刻ｔ５までの期間）、エンジン１０を間欠的に運転することを許容しつつ、バッテリ充電電力をしきい値αよりも大きい値に維持する。そのため、エンジン１０の燃料消費を抑えつつ、ＳＯＣを早期に回復させることができる。

以上のように、本実施の形態によるＥＣＵ１００は、ＳＯＣ回復モードの実行中に、エンジン１０の停止を一律に禁止するのではなく、要求回生レベルが所定レベルよりも大きい場合にはエンジン１０の停止を許容する。そのため、エンジン１０の燃料消費を抑えつつ、ＳＯＣを早期に回復させることが可能となる。

なお、上述の実際の形態においては、エンジンと２つのモータジェネレータ（第１ＭＧ２０、第２ＭＧ３０）を備える、いわゆるスプリット方式のハイブリッド車両に本発明を適用する場合について説明したが、本発明が適用可能な車両は上述の実施の形態で示した方式のハイブリッド車両に限定されない。たとえば、エンジンと１つのモータジェネレータとを備える一般的なシリーズ方式あるいはパラレル方式のハイブリッド車両にも本発明は適用可能である。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

１ 車両、２ ＳＯＣ回復スイッチ、３ 回生レベル調整装置、１０ エンジン、２０ 第１ＭＧ、３０ 第２ＭＧ、４０ 動力分割装置、５０ ＰＣＵ、６０ バッテリ、８０ 駆動輪、１００ ＥＣＵ。

Claims (3)

1. エンジンおよびモータジェネレータを備え、前記エンジンおよび前記モータジェネレータの少なくとも一方の動力で走行可能な車両であって、
   前記モータジェネレータに電気的に接続され、前記エンジンの動力を用いて前記モータジェネレータが発電するエンジン発電電力および前記車両の運動エネルギを用いて前記モータジェネレータが発電する回生電力の少なくとも一方によって充電されるバッテリと、
   前記回生電力の要求レベルをユーザの操作に応じて設定するための回生レベル設定部と、
   前記バッテリの蓄電量を回復させる回復モードの実行中において、前記回生レベル設定部によって設定される前記回生電力の要求レベルに基づいて前記エンジンによる発電の停止を許容するのか否かを決定する制御部とを備える、車両。
2. 前記制御部は、前記回復モードの実行中でかつ前記回生電力の要求レベルが所定レベルよりも小さい場合には前記エンジンによる発電の停止を許容せず、前記回復モードの実行中でかつ前記回生電力の要求レベルが前記所定レベルよりも大きい場合には前記エンジンによる発電の停止を許容する、請求項１に記載の車両。
3. 前記回復モードは、所定電力よりも大きい電力で前記バッテリを充電することによって前記バッテリの蓄電量を回復させるモードであり、
   前記制御部は、前記回復モードの実行中でかつ前記回生電力の要求レベルが前記所定レベルよりも大きい場合において、実際の前記回生電力が前記所定電力よりも小さいときは前記エンジンによる発電を行ない、実際の前記回生電力が前記所定電力よりも大きいときは前記エンジンによる発電を停止する、請求項２に記載の車両。

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