JP6354241B2 - ハイブリッド車両及びその制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、ハイブリッド車両が下り坂を減速しながら電動発電機による回生走行をしているときに、その回生電力量を増加させ、燃費を向上させることができるハイブリッド車両及びその制御方法に関する。

内燃機関と電動発電機と有段変速機を備えたハイブリッドシステムを搭載して、有段変速機を介して内燃機関の動力と電動発電機の動力を車輪に伝達するハイブリッド車両においては、内燃機関の動力のみで車両を走行させるエンジン単独走行と、電動発電機の動力のみで車両を走行させるモータ単独走行と、内燃機関の動力と電動発電機の動力の両方で車両を走行させるモータアシスト走行と、走行中の車両の制動力の回生エネルギーを利用して電動発電機で発電するモータ回生走行等がある。

一方、従来技術のハイブリッド車両では、車両が減速しながらモータ回生走行しているときには、有段変速機のギア段の変更（シフトダウン）を禁止して固定したり、あるいは、必要に応じて有段変速機のギア段の変更をするようにしたりしている。

この車両減速時にギア段を固定する場合には、上り坂走行や平地走行で、電動発電機の回転数が低下し、効率の良い回転数で回生エネルギーを回収できず、また、ギア段を変更する場合に比べて、回収できる回生エネルギー量が減少するという問題がある。一方、車両減速時に必要に応じてギア段を変更する場合には、下り坂走行時には、このシフト中は、電動発電機が有段変速機、車軸及び車輪から切り離され、電動発電機の制動力が車輪に伝達されないので、このシフト中に、車両は重力により加速されて、減速の度合いが低下し、運転者に違和感を与えるとともに、減速が不十分になるという問題がある。

この問題に関連して、下り勾配や車速が大きいほどモータから出力するトルクの値０点であるニュートラルポジションＮＰが加速要求側となるように（モータから回生トルクを出力する領域が多くなるように）駆動マップを設定し、この設定した駆動マップを用いてモータを駆動制御する車両が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

しかしながら、この車両においては、下り坂路を走行しているときや車速が大きいときにモータにより回生される電力を多くし、車両のエネルギ効率を向上させることができるとしているが、有段変速機のシフトダウンに関しては言及がなされていない。

特開２００７−１７６４１９号公報

本発明は、上記のことを鑑みてなされたものであり、その目的は、ハイブリッド車両の減速時のモータ回生走行を行う際に、回生エネルギーを効率よく回収して、燃費を向上することができるとともに、上り坂走行と平地走行の減速時では、再加速性を増すことができ、下り坂走行の減速時では、シフト操作中の車両の加速を回避することができるハイブリッド車両及びその制御方法を提供することにある。

上記の目的を達成するための本発明のハイブリッド車両は、内燃機関と電動発電機と有段変速機を備えたハイブリッドシステムを搭載して、前記有段変速機を介して前記内燃機関の動力と前記電動発電機の動力を車輪に伝達するハイブリッド車両において、前記ハイブリッド車両の減速度を検出する減速度検出手段を備えるとともに、前記ハイブリッドシステムを制御する制御装置が、前記ハイブリッド車両の減速時に、前記内燃機関を前記有段変速機から切り離して、前記電動発電機で制動力を発生させて回生エネルギーを回生するモータ回生走行を行う際に、前記減速度検出手段で検出した検出減速度の大きさが、前記ハイブリッド車両の平地走行における減速度合いを基に予め設定した判定用閾値以下の場合は、必要に応じて前記有段変速機のギア段の変更を行うシフト許可モータ回生走行制御を行い、前記検出減速度の大きさが前記判定用閾値よりも大きい場合には、前記有段変速機のギア段の変更を禁止するシフト禁止モータ回生走行制御を行うように構成される。

この構成によれば、ハイブリッド車両の減速時に、内燃機関を有段変速機から切り離して、電動発電機で制動力を発生させて回生エネルギーを回生するモータ回生走行を行う際に、検出減速度の大きさと予め設定した判定用閾値との比較により、減速が下り坂走行であるか否かを判定することができる。

また、上記のハイブリッド車両において、前記制御装置を、前記検出減速度の大きさが、前記判定用閾値以下の場合は、前記ハイブリッド車両が上り坂走行又は平地走行であると判断し、前記検出減速度の大きさが、前記判定用閾値よりも大きい場合は、前記ハイブリッド車両が下り坂走行であると判断するように構成したことを特徴とする。上り坂走行と平地走行の減速時では、必要に応じて有段変速機のギア段の変更を行うシフト許可モータ回生走行で、減速時における有段変速機のシフトダウンにより、発電効率の良い回転数で電動発電機により回生エネルギーを効率よく回収でき、また、ギア段が下の段になることで、回生可能なエネルギー量が増え、回生エネルギーの回収量が増加するので、燃費を良くすることができる。

また、上り坂走行と平地走行の減速時では、シフト固定のまま減速走行していった後に加速して走行するときにシフトダウンが必要になるシフト固定の場合に比べて、シフト許可モータ回生走行で、予めシフトダウンをしておくことができるので、再加速時にシフトダウンが不要になり、再加速性を増すことができる。

さらに、下り坂走行の減速時では、シフト禁止モータ回生走行を行うので、シフトダウンの操作がなくなり、電動発電機が切り離され制動力が車輪に伝達されなくなるシフト操作中の車両の加速を回避することができる。また、連続して電動発電機で制動力の発生を継続できて、回生エネルギーの回収を継続して回生エネルギーの回収量を増加できるので、燃費を良くすることができる。

上記のハイブリッド車両において、前記制御装置が、前記判定用閾値を、モータ回生エネルギー制御時の車重と車速と平地走行時の車両の走行抵抗と、モータ回生エネルギー制御時の電動発電機の制動力とから減速度合いを算出して、設定するように構成される。

この場合には、車重と車両の走行抵抗は予め分かっているので、電動発電機の制動力から、平地走行における減速度合いを算出でき、この平地走行での減速度合いを基に判定用閾値を設定する。この判定用閾値は、検出された減速度の大きさがこの値以下の場合は、減速度合いが大きくて電動発電機による制動力以外に何らかの減速要因があるとして、上り坂走行での減速であると判断し、同じ場合であれば平地走行での減速であると判断し、検出された減速度の大きさがこの値よりも大きい場合は、減速度合いが小さく、電動発電機による制動力以外に何らかの加速要因があるとして、下り坂走行での減速であると判断することができる値に設定される。

従って、この判定用閾値を用いることで、容易に、モータ回生走行が、上り坂走行であるか、平地走行であるか、下り坂走行であるか判定できるようになる。

そして、上記の目的を達成するための本発明のハイブリッド車両の制御方法は、内燃機関と電動発電機と有段変速機を備えたハイブリッドシステムを搭載して、前記有段変速機を介して前記内燃機関の動力と前記電動発電機の動力を車輪に伝達するハイブリッド車両の制御方法において、前記ハイブリッド車両の減速時に、前記内燃機関を前記有段変速機から切り離して、前記電動発電機で制動力を発生させて回生エネルギーを回生するモータ回生走行を行う際に、前記ハイブリッド車両の検出した検出減速度の大きさが、前記ハイブリッド車両の平地走行における減速度合いを基に予め設定した判定用閾値以下の場合は、必要に応じて前記有段変速機のギア段の変更を行うシフト許可モータ回生走行を行い、前記検出減速度の大きさが前記判定用閾値よりも大きい場合には、前記有段変速機のギア段の変更を禁止するシフト禁止モータ回生走行を行うことを特徴とする方法である。この方法によれば、上記のハイブリッド車両と同様な効果を奏することができる。

本発明のハイブリッド車両及びその制御方法によれば、ハイブリッド車両の減速時のモータ回生走行を行う際に、検出減速度の大きさと予め設定した判定用閾値との比較により、減速が下り坂走行であるか否かを判定することができ、上り坂走行と平地走行の減速時では、シフト許可モータ回生走行で有段変速機のシフトダウンにより、発電効率の良い回転数で電動発電機により回生エネルギーを効率よく回収でき、また、シフトダウンにより回生可能なエネルギー量が増えるので、燃費を良くすることができる。また、上り坂走行と平地走行の減速時では、シフト許可モータ回生走行で、予めシフトダウンをしておくことができるので、再加速時にシフトダウンが不要になり、再加速性を増すことができる。

さらに、下り坂走行の減速時では、シフト禁止モータ回生走行を行うので、シフトダウンの操作がなくなり、シフト操作中の車両の加速を回避することができ、また、連続して電動発電機で制動力の発生を継続でき、回生エネルギーの回収量を増加できるので、燃費を良くすることができる。

従って、ハイブリッド車両の減速時のモータ回生走行を行う際に、回生エネルギーを効率よく回収して、燃費を向上することができるとともに、上り坂走行と平地走行の減速時では、再加速性を増すことができ、下り坂走行の減速時では、シフト操作中の車両の加速を回避することができる。

本発明に係る実施の形態のハイブリッド車両の構成を模式的に示す図である。 本発明に係る実施の形態のハイブリッド車両の制御フローの一例を示す図である。

以下、本発明に係る実施の形態のハイブリッド車両及びその制御方法について、図面を参照しながら説明する。図１に示すように、このハイブリッド車両１は、エンジン（内燃機関）１０と電動発電機（走行用電動機兼発電機）２０と有段変速機３０を備えたハイブリッドシステム２を搭載して、有段変速機３０を介してエンジン１０の動力と電動発電機２０の動力を車輪３４に伝達して構成される。

図１に示すように、このエンジン１０の動力は、トルクコンバータ１３と、接続状態にしたエンジン用クラッチ１４と、有段変速機３０と、プロペラシャフト３１と、デファレンシャルギア３２と、ドライブシャフト３３を介して車輪３４に伝達される。これにより、エンジン１０の動力が車輪３４に伝達され、車両１が走行する。

一方、電動発電機２０の動力に関しては、バッテリ２２に充電（蓄電）された電力がインバータ２１を介して供給された電力により電動発電機２０が駆動され動力を発生する。この電動発電機２０の動力は、接続状態にした電動発電機用クラッチ２３と、有段変速機３０と、プロペラシャフト３１と、デファレンシャルギア３２と、ドライブシャフト３３を介して車輪３４に伝達される。これにより、電動発電機２０の動力が車輪３４に伝達され、車両１が走行する。

この構成により、エンジン用クラッチ１４を接続状態にして、電動発電機用クラッチ２３を断絶状態にするとエンジン単独走行となり、エンジン用クラッチ１４を断絶状態にして、電動発電機用クラッチ２３を接続状態にするとモータ単独走行又は制動時モータ回生走行となり、エンジン用クラッチ１４と電動発電機用クラッチ２３を共に接続状態にするとモータアシスト走行となる。

図１に示す構成では、エンジン用クラッチ１４を断絶状態にして、エンジン１０と有段変速機３０を切り離すとともに、電動発電機用クラッチ２３を接続状態にして、電動発電機２０と有段変速機３０を接続している状態を示しているので、この状態では、電動発電機２０の動力のみが車輪３４に伝達され、電動発電機２０の動力のみでハイブリッド車両１が走行することになる。

なお、この図１の構成では、エンジン用クラッチ１４の接続及び断絶の切り替えにより、エンジン１０の動力の車輪３４への伝達と遮断を行い、また、電動発電機用クラッチ２３の接続及び断絶の切り替えにより、電動発電機２０の動力の車輪３４への伝達と遮断を行うが、エンジン１０の動力又は電動発電機２０の動力の伝達と遮断を適宜切り替えることができればよく、必ずしも、エンジン用クラッチ１４又は電動発電機用クラッチ２３を設けなくてもよい。

そして、このハイブリッドシステム２、及び、ハイブリッド車両１の制御を行うための制御装置４０が設けられる。この制御装置４０により、ハイブリッド車両１の全般の制御を行うが、この制御は、エンジン１０の全般の制御、インバータ２１による電動発電機２０の全般の制御、有段変速機３０のギア段Ｆｇｎ（ｎ＝０、１、２・・・Ｎ、ｎ＝０はリバースギア）の選択の制御、エンジン用クラッチ１４の断接制御と電動発電機用クラッチ２３の断接制御を含むハイブリッドシステム２の全般の制御を含んでいる。

そして、本発明においては、ハイブリッド車両１の減速度を検出する減速度検出手段４１を備えて構成される。この減速度検出手段４１は、ハイブリッド車両１の車速Ｖの時間変化から求めることができ、車速Ｖを微分して加速度（ｄＶ／ｄｔ）を求める。減速時はこの加速度がマイナスになり減速度α（＝−ｄＶ／ｄｔ）となる。この車速Ｖは通常ハイブリッド車両１の車速センサで検出できる。この減速度検出手段４１は、制御装置４０に組み込まれて構成される。

それとともに、ハイブリッドシステム２を制御する制御装置４０は、ハイブリッド車両の減速時に、エンジン１０を有段変速機３０から切り離して、電動発電機２０で制動力を発生させて回生エネルギーを回生するモータ回生走行を行う際に、次の制御を行うように構成される。

つまり、減速度検出手段４１で検出した検出減速度αｍの大きさが、予め設定した判定用閾値α１以下の場合は、上り坂走行又は平地走行であるとして、必要に応じて有段変速機３０のギア段Ｆｇｎの変更、即ち、低速側のギア段Ｆｇｉ（ｉ＝１、２・・・Ｎ−１、ｉ＜ｎ）への変更を行うシフト許可モータ回生走行制御を行い、また、検出減速度αｍの大きさが判定用閾値α１よりも大きい場合には、有段変速機３０のギア段Ｆｇｎの変更を禁止するシフト禁止モータ回生走行制御を行うように構成される。

この判定用閾値α１は、モータ回生エネルギー制御時の車重Ｗと車速Ｖと平地走行時の車両の走行抵抗Ｒと、モータ回生エネルギー制御時の電動発電機の制動力Ｔｍとから減速度合いβを算出して、設定するように構成される。

この場合には、車重Ｖと車両の走行抵抗Ｒはこの減速時の制御時には予め分かっているので、電動発電機２０の制動力Ｔｍから、平地走行における減速度合いβを算出でき、この平地走行での減速度合いβを基に判定用閾値α１を設定する。この判定用閾値α１は、検出された検出減速度αｍの大きさがこの値以下の場合は、減速度合いβが大きくて電動発電機２０による制動力Ｔｍ以外に何らかの減速要因があるとして、上り坂走行での減速であると判断し、また、同じ場合であれば平地走行での減速であると判断し、さらに、検出された検出減速度αｍの大きさがこの値よりも大きい場合は、減速度合いβが小さく、電動発電機２０による制動力Ｔｍ以外に何らかの加速要因があるとして、下り坂走行での減速であると判断することができる値に設定される。これにより、この判定用閾値α１を用いることで、容易に、モータ回生走行が、上り坂走行であるか、平地走行であるか、下り坂走行であるか判定できるようになる。

あるいは、この判定用閾値α１は、車両１を種々の下り坂の路面の勾配に基づいて回生走行させて得た実験データ等を基に予め設定して制御装置４０に記憶させておいてもよい。

これにより、ハイブリッド車両１の減速時に、エンジン１０を有段変速機３０から切り離して、電動発電機２０で制動力Ｔｍを発生させて回生エネルギーを回生するモータ回生走行を行う際に、検出減速度αｍの大きさと予め設定した判定用閾値α１との比較により、減速が下り坂走行であるか否かを判定する。

そして、上り坂走行と平地走行の減速時では、必要に応じて有段変速機３０のギア段Ｆｇｎの変更を行うシフト許可モータ回生走行で、減速時における有段変速機３０のシフトダウンにより、発電効率の良い回転数で電動発電機２０により回生エネルギーを効率よく回収する。また、ギア段Ｆｇｎを下のギア段にすることで、回生可能なエネルギー量を増し、回生エネルギーの回収量を増加して、燃費を向上させる。

また、上り坂走行と平地走行の減速時では、シフト許可モータ回生走行で、シフトダウンが可能であるので、回生時にシフトダウンがなされるので、再加速時にシフトダウンをすることが不要になる。従って、シフト固定のまま減速走行していった後に加速して走行するときにシフトダウンが必要になるシフト固定の場合に比べて、再加速性が増す。

さらに、下り坂走行の減速時では、シフト禁止モータ回生走行を行って、シフトダウンの操作を無くし、電動発電機２０が切り離され制動力Ｔｍが車輪３４に伝達されなくなるシフト操作中のハイブリッド車両１の加速を回避する。また、電動発電機２０で制動力Ｔｍの発生と回生エネルギーの回収を継続して回生エネルギーの回収量を増加して、燃費を向上する。

次に、この実施の形態のハイブリッド車両の制御方法について、図２の制御フローを参照しながら説明する。この図２の制御フローは、ハイブリッド車両１の運転が開始されたときに、上級の制御フローから呼ばれてスタートし、図２の制御フローを実施して、上級の制御フローに戻る制御フローとして示している。

ハイブリッド車両１の運転が開始され、図２の制御フローが上級の制御フローに呼ばれてスタートすると、ステップＳ１１で、ハイブリッド車両１が減速時で、エンジン１０を有段変速機３０から切り離して、電動発電機２０で制動力Ｔｍを発生させて回生エネルギーを回生するモータ回生走行を行っているか否かを判定する。

このステップＳ１１の判定で、モータ回生走行ではない場合（ＮＯ）は、予め設定された制御時間を経過した後、ステップＳ１１に戻る。一方、モータ回生走行である場合（ＹＥＳ）は、ステップＳ１２に進む。

ステップＳ１２では、減速度αｍを検出し、また、判定用閾値α１を、モータ回生エネルギー制御時の車重Ｗと車速Ｖと平地走行時の車両の走行抵抗Ｒと、モータ回生エネルギー制御時の電動発電機の制動力Ｔｍとから減速度合いβを算出して、設定する。

次のステップＳ１３では、検出された検出減速度αｍが、予め設定した判定用閾値α１以下であるか否かを判定する。この判定で、検出した検出減速度αｍの大きさが、判定用閾値α１以下の場合は（αｍ≦α１：ＹＥＳ）、ステップＳ１４に行き、必要に応じて有段変速機３０のギア段Ｆｇｎの変更を行うシフト許可モータ回生走行制御を行い、このシフト許可モータ回生走行制御を予め設定した制御時間の間行った後、ステップＳ１１に戻る。

ステップＳ１３の判定で、検出した検出減速度αｍの大きさが、判定用閾値α１以下でない、即ち、検出した検出減速度αｍの大きさが、判定用閾値α１よりも大きい場合は（αｍ＞α１：ＮＯ）、ステップＳ１５に行き、有段変速機３０のギア段Ｆｇｎの変更を禁止するシフト禁止モータ回生走行制御を行い、このシフト禁止モータ回生走行制御を予め設定した制御時間の間行った後、ステップＳ１１に戻る。

そして、図２の制御フローの途中で、ハイブリッド車両１の運転が停止されたときには、割り込みにより、リターンに行き、上級の制御フローに戻り、上級の制御フローの終了とともに図２の制御フローも終了する。

上記の構成のハイブリッド車両１、及びその制御方法によれば、ハイブリッド車両１の減速時のモータ回生走行を行う際に、回生エネルギーを効率よく回収して、燃費を向上することができるとともに、上り坂走行と平地走行の減速時では、再加速性を増すことができ、下り坂走行の減速時では、シフト操作中のハイブリッド車両１の加速を回避することができる。

１ ハイブリッド車両
１０ エンジン（内燃機関）
１３ トルクコンバータ
１４ エンジン用クラッチ
２０ 電動発電機
２１ インバータ
２２ バッテリ
２３ 電動発電機用クラッチ
３０ 有段変速機
３１ プロペラシャフト
３２ デファレンシャルギア
３３ ドライブシャフト
３４ 車輪
４０ 制御装置
４１ 減速度検出手段
Ｆｇｎ ギア段（ｎ＝０、１、２・・・Ｎ、ｎ＝０はリバースギア）
Ｆｇｉ 低速ギア側のギア段（ｉ＝１、２・・・Ｎ−１、ｉ＜ｎ）
αｍ 検出減速度（減速度センサの検出減速度）
α１ 判定用閾値

Claims (3)

1. 内燃機関と電動発電機と有段変速機を備えたハイブリッドシステムを搭載して、前記有段変速機を介して前記内燃機関の動力と前記電動発電機の動力を車輪に伝達するハイブリッド車両において、
   前記ハイブリッド車両の減速度を検出する減速度検出手段を備えるとともに、
   前記ハイブリッドシステムを制御する制御装置が、
   前記ハイブリッド車両の減速時に、前記内燃機関を前記有段変速機から切り離して、前記電動発電機で制動力を発生させて回生エネルギーを回生するモータ回生走行を行う際に、
   前記減速度検出手段で検出した検出減速度の大きさが、前記ハイブリッド車両の平地走行における減速度合いを基に予め設定した判定用閾値以下の場合は、必要に応じて前記有段変速機のギア段の変更を行うシフト許可モータ回生走行制御を行い、
   前記検出減速度の大きさが前記判定用閾値よりも大きい場合には、前記有段変速機のギア段の変更を禁止するシフト禁止モータ回生走行制御を行うように構成されたことを特徴とするハイブリッド車両。
2. 前記制御装置を、
   前記検出減速度の大きさが、前記判定用閾値以下の場合は、前記ハイブリッド車両が上り坂走行又は平地走行であると判断し、
   前記検出減速度の大きさが、前記判定用閾値よりも大きい場合は、前記ハイブリッド車両が下り坂走行であると判断するように構成したことを特徴とする請求項１記載のハイブリッド車両。
3. 内燃機関と電動発電機と有段変速機を備えたハイブリッドシステムを搭載して、前記有段変速機を介して前記内燃機関の動力と前記電動発電機の動力を車輪に伝達するハイブリッド車両の制御方法において、
   前記ハイブリッド車両の減速時に、前記内燃機関を前記有段変速機から切り離して、前記電動発電機で制動力を発生させて回生エネルギーを回生するモータ回生走行を行う際に、
   前記ハイブリッド車両の検出した検出減速度の大きさが、前記ハイブリッド車両の平地走行における減速度合いを基に予め設定した判定用閾値以下の場合は、必要に応じて前記有段変速機のギア段の変更を行うシフト許可モータ回生走行を行い、
   前記検出減速度の大きさが前記判定用閾値よりも大きい場合には、前記有段変速機のギア段の変更を禁止するシフト禁止モータ回生走行を行うことを特徴とするハイブリッド車両の制御方法。

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