JP6551020B2 - ハイブリッド車両及びその制御方法 - Google Patents

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Description

本発明は、ハイブリッド車両及びその制御方法に関し、より詳細には、従来よりも高速走行時における回生効率を向上しつつ、モータージェネレーターの出力を一時的に増加して燃費をより向上するハイブリッド車両及びその制御方法に関する。
近年、燃費向上及び環境対策などの観点から、車両の運転状態に応じて複合的に制御されるエンジン及びモータージェネレーターを有するハイブリッドシステムを備えたハイブリッド車両(以下「HEV」という。)が注目されている。このHEVにおいては、車両の加速時や発進時には、モータージェネレーターによる駆動力のアシストが行われる一方で、慣性走行時や制動時にはモータージェネレーターによる回生発電が行われる(例えば、特許文献1を参照)。
このような、いわゆるパラレル型のHEVでは、モータージェネレーターは、通常はエンジンの回転動力を変速するトランスミッションのエンジン側から車両の駆動系に、即ち、トランスミッションを介して車両の駆動系に接続される。そのため、HEVの高速走行中(例えば、50〜90km/h)に慣性走行状態になった時は、トランスミッションは高速段に変速されているので、この高速段のギアを介して動力が伝達されてモータージェネレーターにおける回生制動トルクが小さくなって発電の高効率点から外れてしまうため、回生発電の効率を向上することが困難であるという問題があった。
また、このHEVでは、モータージェネレーターを配置するために既存の車両のパワートレインコンポーネントのレイアウトの大幅な変更等が必要となるため、既存の車両をHEV化して転用することが容易ではないという問題もあった。
このような問題を解決するために、発明者は、車両のプロペラシャフトとモータージェネレーターの回転軸とを、モータージェネレーターの回転軸を入力軸とし、かつプロペラシャフトを出力軸とする減速機構を介して接続することを考案した。
また、発明者は、その新たに考案したHEVの燃費を向上するために、モータージェネレーターに設定されている連続定格と短時間定格とに着目した。短時間定格はモータージェネレーターを連続定格よりも大きく出力できる一方、その出力を維持できる時間が短い。そこで、モータージェネレーターをこの短時間定格で駆動することで、回生量やアシスト量を増やすことが可能となる。しかし、短時間定格で駆動可能な限界時間を超えるとモータージェネレーターの温度上昇により永久磁石が劣化するなどの耐久性が低下するという問題があった。
特開2002−238105号公報
本発明の目的は、従来よりも高速走行時における回生効率を向上しつつ、モータージェネレーターの出力を一時的に増加して燃費をより向上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である。
上記の目的を達成する本発明のハイブリッド車両は、ディーゼルエンジンにクラッチ装置を介して接続されたトランスミッションおよび車輪を駆動するデファレンシャルを連結するプロペラシャフトと、前記ディーゼルエンジンおよびバッテリーにインバーターを介して接続されたモータージェネレーターを有するハイブリッドシステムと、水冷式の前記モータージェネレーターおよび前記インバーターを冷却する冷却水の温度が予め設定された駆動開始温度以上になったときに前記ディーゼルエンジンに連結されたオルタネーターで発電された電力で駆動する電動ポンプを駆動してその冷却水を循環させる冷却システムと、地図情報を取得する地図情報取得装置と、車重を取得する車重取得装置と、車速を取得する車速取得装置と、制御装置とを備えたハイブリッド車両において、前記モータージェネレーターの回転軸と前記プロペラシャフトとを、前記回転軸を入力軸とし、かつ該プロペラシャフトを出力軸とする減速機構を介して接続し、前記制御装置を、前記車速を予め設定された目標速度範囲に維持するオートクルーズモードが設定された場合に、前記車速が増加する降坂路の有無を前記地図情報および前記車重に基づいて予測し、予測した前記降坂路では前記クラッチ装置を切断状態にするとともに燃料の噴射の停止により前記ディーゼルエンジンを停止した惰性走行を選択し、その惰性走行中に前記モータージェネレーターを短時間定格で回生発電する回生ブレーキを作動して前記車速を前記目標速度範囲に維持する場合には、前記降坂路の中途の位置でその回生ブレーキを作動した作動時間が該短時間定格で出力可能な限界時間を超える前に、前記モータージェネレーターを連続定格以下の出力に絞り、かつ前記ディーゼルエンジンの停止を維持しながら前記クラッチ装置を接続状態にする制御を行う構成にしたことを特徴とするものである。
また、上記の目的を達成する本発明のハイブリッド車両の制御方法は、オートクルーズモードが設定された場合には、ディーゼルエンジンからクラッチ装置およびトランスミッションを経由してプロペラシャフトに伝達された駆動力、ならびに、バッテリーにインバーターを介して接続されたモータージェネレーターから減速機構を経由して該プロペラシャフトに伝達された駆動力のどちらか一方および両方で走行するエンジン走行、モータ走行、およびアシスト走行のいずれかと、前記クラッチ装置を切断状態にするとともに該ディーゼルエンジンを停止して該ディーゼルエンジンおよび該モータージェネレーターの駆動力を該プロペラシャフトに伝達しない惰性走行とのいずれかを、少なくとも勾配を含む地図情報および車重に基づいて適時選択して、車速を予め設定された目標速度範囲に維持して自動走行するハイブリッド車両の制御方法であって、前記車速が増加する降坂路の有無を前記地図情報および前記車重に基づいて予測し、予測したその降坂路における前記惰性走行中に、前記モータージェネレーターを短時間定格で回生発電する回生ブレーキを作動して前記車速を前記目標速度範囲に維持する場合には、前記降坂路の中途の位置でその回生ブレーキを作動した時間が該短時間定格で出力可能な限界時間を超える前に、前記モータージェネレーターを連続定格以下の出力に絞り、かつ前記ディーゼルエンジンの停止を維持しながら前記クラッチ装置を接続状態にしてエンジンブレーキを作動することを特徴とする方法である。
本発明のハイブリッド車両及びその制御方法によれば、モータージェネレーターの回転軸とプロペラシャフトとを減速機構を介して接続することで、従来よりも高速走行時における回生効率を向上することができる。
また、降坂路でディーゼルエンジンを停止した惰性走行中にモータージェネレーターを短時間出力で回生発電する回生ブレーキを作動して車速を目標速度範囲に維持する場合には、その回生ブレーキを作動した時間が短時間定格で出力可能な限界時間を超える前に、モータージェネレーターを連続定格以下の出力に絞ることで、短時間定格で発電される電力量を増加して燃費を向上することができるともに、モータージェネレーターの温度上昇
による永久磁石の劣化を確実に回避して耐久性の低下を抑制することができる。
さらに、モータージェネレーターを連続定格以下の出力に絞ると同時に、ディーゼルエンジンの停止を維持したままクラッチ装置を接続状態にしてエンジンブレーキを作動することで、エンジンブレーキによる制動力を付与することができるので、モータージェネレーターの出力を短時間定格から連続定格に絞ることで回生ブレーキの回生制動力が低下しても、車速を目標速度範囲に維持することができ、この車速を目標速度範囲に維持する際のフットブレーキの使用頻度を低減して、そのフットブレーキの寿命を向上させることができる。
本発明の実施形態からなるハイブリッド車両の構成図である。 図1の車載ネットワークや制御信号線を示す構成図である。 本発明の実施形態からなるハイブリッド車両の制御方法を説明するフロー図である。 図3の制御方法における降坂路をオートクルーズモードで走行した場合の、車速、エンジントルク、モータージェネレータートルク、モータージェネレーターの定格、冷却システムの冷却水の温度、及び標高との関係を例示した説明図である。 本発明の実施形態からなるハイブリッド車両の制御方法の別例を説明するフロー図である。 本発明の実施形態からなるハイブリッド車両の制御方法の別例を説明するフロー図である。 図6の制御方法における降坂路をオートクルーズモードで走行した場合の、車速、エンジントルク、モータージェネレータートルク、モータージェネレーターの定格、冷却システムの冷却水の温度、及び標高との関係を例示した説明図である。
以下に、本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。図1および図2は、本発明の実施形態からなるハイブリッド車両を示す。なお、図1ではオルタネーター17と冷却回路130の電動ポンプ131および電動ファン132とが接続されていないが、実際には図示しない配線によって電気的に接続されている。また、図2の一点鎖線は、車載ネットワークや制御信号線を示している。
このハイブリッド車両(以下「HEV」という。)は、バスやトラックなどの大型車両であり、車両の運転状態に応じて複合的に制御されるディーゼルエンジン10及びモータージェネレーター33を有するハイブリッドシステムを備えている。また、このHEVは、水冷式のモータージェネレーター33およびインバーター34を冷却する冷却システムを備えている。さらに、このHEVは、運転者によってオートクルーズ作動スイッチ81が投入された場合に、制御装置80がオートクルーズモードを実行するように構成されている。
まず、HEVのハイブリッドシステムについて説明する。ディーゼルエンジン10においては、エンジン本体11に形成された複数(この例では6個)の気筒12内における燃料の燃焼により発生した熱エネルギーにより、クランクシャフト13が回転駆動される。このクランクシャフト13の回転動力は、流体継手14及び湿式多板クラッチ15を通じてトランスミッション20に伝達される。なお、流体継手14及び湿式多板クラッチ15の代わりに、乾式クラッチを用いる場合もある。
トランスミッション20には、HEVの運転状態と予め設定されたマップデータとに基づいて決定された目標変速段へ自動的に変速するAMTが用いられている。このトランス
ミッション20は、入力された回転動力を複数段に変速可能な主変速機構21と、その主変速機構21から伝達された回転動力を低速段と高速段の2段に変速可能な副変速機構22とから構成されている。
トランスミッション20で変速された回転動力は、アウトプットシャフト23に連結するプロペラシャフト25を通じてデファレンシャル26に伝達され、ダブルタイヤからなる一対の駆動輪27にそれぞれ駆動力として分配される。
モータージェネレーター33は、インバーター34を通じてバッテリー35に電気的に接続されている。
これらのディーゼルエンジン10及びモータージェネレーター33は、制御装置80により制御される。具体的には、ディーゼルエンジン10は、回転数センサ86で検出されたエンジン回転数Neやアクセル開度センサ92で検出したアクセルペダルの踏み込み量に基づいて気筒12への燃料の噴射量や噴射タイミングが調節される。また、モータージェネレーター33は、バッテリー35の充電状態(SOC)などに応じてインバーター34の周波数やバッテリー35及びモータージェネレーター33の間の電流値が調節され、HEVの発進時や加速時には、モータージェネレーター33により駆動力の少なくとも一部をアシストする一方で、慣性走行時や制動時においては、モータージェネレーター33による回生発電を行って、余剰の運動エネルギーを電気エネルギーに変換してバッテリー35に充電する。
そして、プロペラシャフト25とモータージェネレーター33の回転軸32とは、減速機構30を介して接続されている。この減速機構30は、モータージェネレーター33の回転軸32を入力軸とし、かつプロペラシャフト25を出力軸としている。つまり、減速機構30においては、モータージェネレーター33の回転数Nmに対するプロペラシャフト25の回転数Npの割合である減速比(Nm/Np)が1.0より大となる。なお、この減速比は、固定又は可変のいずれに設定されていてもよい。
この減速機構30を設けることで、高速走行中の慣性走行時において、トランスミッション20のギア段にかかわらず、モータージェネレーター33の回生制動トルクを減速機構30により大きくすることができるため、回生効率を向上することができる。
また、車両のプロペラシャフト25に減速機構30を新たに取り付けるだけであり、パワートレインコンポーネントのレイアウトの変更が非常に小さくて済むため、既存のエンジンのみ車両からのHEVへの転用を従来よりも容易に行うことができる。
続いてHEVのパワースアリングシステムについて説明する。このパワーステアリングシステムにおいては、第1パワステポンプ40の駆動軸41がVベルト42またはギアを介してディーゼルエンジン10のクランクシャフト13に接続されており、ディーゼルエンジン10によって駆動された第1パワステポンプ40が、第1油圧回路43にパワステフルード44を圧送している。そして、ステアリングユニット53が、供給されたパワステフルード51を利用してステアリング54の操舵をアシストしている。なお、この実施形態のHEVは大型車両であるため、ステアリングユニット53として、出力が大きく、且つ操舵性及び信頼性に優れた油圧式のパワーシリンダを備えた油圧式のステアリングユニットを用いている。
そして、第2パワステポンプ45は、減速機構30を介してプロペラシャフト25に連結されている。また、パワステフルード51の供給源を第1パワステポンプ40から第2パワステポンプ45に切り換えるダブルチェックバルブ49、各種油圧回路(第1油圧回
路43、第2油圧回路47及び主油圧回路50)、及びアキュムレーター52からなる切換装置により、ディーゼルエンジン10の停止に伴って第1パワステポンプ40が停止した場合には、ステアリングユニット53に供給されるパワステフルード51の供給源を第1パワステポンプ40から第2パワステポンプ45に切り換えている。
第1油圧回路43は、第1パワステポンプ40とダブルチェックバルブ49とを連通している。第2油圧回路47は、第2パワステポンプ45とダブルチェックバルブ49とを連通している。なお、第1油圧回路43の第1パワステポンプ40よりも上流側の端部、及び第2油圧回路47の第2パワステポンプ45よりも上流側の端部は、パワステフルード44、48を貯留する図示しないリザーバタンクに接続されている。主油圧回路50は、ダブルチェックバルブ49とステアリングユニット53とを連通している。また、主油圧回路50の通路途中は分岐して、アキュムレーター52に接続されている。
第2パワステポンプ45の駆動軸46は、減速機構30を介してプロペラシャフト25に連結されており、具体的には、第2パワステポンプ45の減速機構30のプロペラシャフト25及びモータージェネレーター33を連結する第1動力伝達経路104とは別に配設された第2動力伝達経路105を介してプロペラシャフト25に連結されている。なお、第1動力伝達経路104及び第2動力伝達経路105は、ギア機構、ベルト機構、及びチェーン機構を例示できる。また、第2動力伝達経路105をプロペラシャフト25に連結自在に構成すると、第2パワステポンプ45を駆動しない場合に、プロペラシャフト25との連結を解除でき、その分、駆動損失を低減できる。
ダブルチェックバルブ49は、第1パワステポンプ40及び第2パワステポンプ45から供給されたパワステフルード44、48のうち圧力の高い方を、主油圧回路50を介して優先的にステアリングユニット53へ導出するバルブである。そのため、第2パワステポンプ45のパワステフルード48の設定吐出圧は、第1パワステポンプ40のパワステフルード44の設定吐出圧よりも小さくなるように設定されることが好ましい。具体的には第2パワステポンプ45にはリリーフ弁(図示しない)が設けられており、このリリーフ弁を調整することで、第2パワステポンプ45の設定吐出圧は第1パワステポンプ40の設定吐出圧よりも小さい値に調整されている。
アキュムレーター52は、第1パワステポンプ40及び第2パワステポンプ45から供給されダブルチェックバルブ49を経由したパワステフルード51(=44、48)を蓄積し、パワステフルード51の供給源がダブルチェックバルブ49で切り換えられるときに、その蓄積されたパワステフルード51をステアリングユニット53に供給する。このアキュムレーター52により、ステアリングユニット53に供給されるパワステフルード51の圧力が大きく変動することを抑制することができるので、ドライバビリティの悪化を回避できる。
このように、減速機構30を介して第2パワステポンプ45をプロペラシャフト25に連結し、さらに、切換装置によりパワステフルード51の供給源を第1パワステポンプ40から第2パワステポンプ45に切り換えることにより、走行中に第1パワステポンプ40からパワステフルード44が供給されない場合でも、減速機構30を介してプロペラシャフト25の回転動力によって駆動された第2パワステポンプ45から圧送されたパワステフルード48をステアリングユニット53へ供給することができる。これにより、走行中にディーゼルエンジン10を停止しても、走行中のステアリング54の操舵アシストが停止されることを回避できる。
なお、走行中に第1パワステポンプ40からパワステフルード44が供給されない場合は、例えば、ディーゼルエンジン10が停止する場合、第1パワステポンプ40が失陥す
る又は第1油圧回路43が破損するなどの状況に陥った場合、及び、HEVがモータージェネレーター33の駆動力のみで走行する場合を例示できる。
続いて冷却システムについて説明する。この冷却システムにおいては、オルタネーター17がVベルト42またはギアを介してディーゼルエンジン10のクランクシャフト13に接続されており、ディーゼルエンジン10によって駆動されたオルタネーター17で発電された電力が直接的にまたは間接的に冷却回路130の電動ポンプ131と電動ファン132に供給されている。冷却回路130では電動ポンプ131により冷却水133が、電動ポンプ131、ラジエーター134、水冷式のインバーター34、水冷式のモータージェネレーター33、キャッチタンク135、および電動ポンプ131の順に循環してモータージェネレーター33およびインバーター34を冷却している。また、電動ファン132により冷却風がユニットボックス136に配置されているバッテリー35およびラジエーター134を冷却している。
また、冷却回路130には冷却水133の温度T1を検知する温度センサ137がラジエーター134の下流側に配置されており、冷却システムはこの温度センサ137で検知された冷却水133の温度T1が予め設定された駆動開始温度Ta以上になったときに電動ポンプ131および電動ファン132が駆動するように構成されている。駆動開始温度Taはモータージェネレーター33の永久磁石の劣化が懸念される上限温度Tbよりも低い温度で、かつ消費電力の増加による燃費の悪化を抑制するために電動ポンプ131の駆動が頻繁に起きない温度に設定されており、例えば、上限温度Tbが60℃〜70℃に設定されている場合には駆動開始温度Taが50℃〜60℃に設定される。
一方、この冷却システムは、冷却水133の温度T1が予め設定された駆動停止温度Td以下になったときに電動ポンプ131および電動ファン132の駆動を停止するように構成されている。駆動停止温度Tdはモータージェネレーター33およびインバーター34を過剰に冷却して電動ポンプ131の消費電力が増加しないような温度に設定されており、例えば、40℃〜50℃に設定される。
なお、この冷却回路130は、回路内の装置の配置順は限定されないが、エンジン本体11を冷却するエンジン冷却回路(図示しない)とは別体の回路にすることが好ましい。冷却回路130がエンジン冷却回路と別体の回路で構成されることで、エンジン冷却回路の熱の影響を受けずに水冷式のモータージェネレーター33およびインバーター34をより低温まで冷却できる。
続いてオートクルーズモードについて説明する。このオートクルーズモードは、特に高速道路を走行する際に使用されており、制御装置80に記憶されたプログラムが、運転者によってオートクルーズ作動スイッチ81が投入された場合にHEVを自動走行させて予定通りに運行させるモードである。
具体的には、オートクルーズ作動スイッチ81が投入された場合に、制御装置80が、エンジン走行、アシスト走行、モータ走行、及び惰性走行を、地図情報取得装置82で取得された地図情報及び車重取得装置83で推定された車重Mに基づいて適時選択して、車輪速センサ84で取得された車速Vを予め設定された目標速度範囲に維持してHEVを自動走行させるモードである。
なお、オートクルーズモード中には、アクセル開度センサ92でアクセルペダルの踏み込みが検出されるとディーゼルエンジン10からの駆動力により加速させることもできる。また、ブレーキペダル開度センサ93でブレーキペダルの踏み込みが検出されるか、図示しないクラッチ装置ペダルの踏み込みが検出されるか、あるいは、オートクルーズ作動スイッチ81の投入が解除されるかすると、オートクルーズモードは解除される。
目標速度範囲は、目標速度vaを基準とした上限速度vbと下限速度vcとの間の範囲のことである。これら目標速度va、上限速度vb、及び下限速度vcは、運転手が任意の値にそれぞれ設定でき、例えば、目標速度vaは70km/h以上、90km/h以下に設定され、上限速度vbは目標速度vaに対して0km/以上、+10km/h以下の速度に設定され、下限速度vcは目標速度vaに対して−10km/h以上、0km/h以下の速度に設定される。
地図情報取得装置82としては、制御装置80にそれぞれ接続された、衛星測位システム(GPS)と通信してHEVの現在位置を取得する手段と、三次元道路データが記憶されたサーバーと通信して走行路の勾配θ及び走行距離sを含む三次元道路データを取得する手段と、HEVがこれから走行する走行路の勾配θ及び走行距離sを抽出する手段とからなり、例えば、HEVの前方の1km以上、5km以下の走行路を、走行距離sを500mごとに区切り、その走行距離sごとの勾配θを取得する装置や、勾配θごとに区切りその勾配θごとの走行距離sを取得する装置を例示できる。
また、この地図情報取得装置82としては、少なくとも走行路の勾配θ及び走行距離sが取得できる機能を有するものであればその具体的構成は特に限定されるものではなく、例えば、ドライブレコーダーに記憶された三次元道路データから走行路の勾配θ及び走行距離sを取得するものも例示できる。また、勾配θにおいては、車輪速センサ84や加速度センサ(Gセンサ)85との取得した値に基づいて算出してもよい。
車重取得装置83としては、制御装置80に記憶されて、制御装置80により発進加速時のモータ走行が行われたときに車重Mを推定するプログラム、具体的には、駆動輪27に伝達される駆動力Fmが走行抵抗Rに等しくなるとして、発進加速時のモータ走行におけるインバーター34で取得したモータージェネレーター33の出力トルクTmと、モータージェネレーター33の回転数を取得するモータ用回転センサ36で取得した車両加速度(以下、加速度)aとに基づいて、車重Mを推定するプログラムを例示できる。
この車重取得装置83としては、HEVの車重Mが推定できる機能を有するものであればその具体的構成は特に限定されるものではないが、モータ走行による発進加速時の出力トルクTmと加速度aとに基づいて車重Mを推定する構成にすると、車速Vが低速度(30km/h以下の速度)でも車重Mを推定でき、且つ、走行抵抗のうちの転がり抵抗、空気抵抗、及び登坂抵抗のそれぞれを無効にして、変数を減らすことができるので、より高精度且つ単純に車重Mを推定できる。なお、モータ走行による発進加速時は、HEVの後退時も含む。
このオートクルーズモードの制御方法を以下に制御装置80の機能として説明する。まず、HEVの走行中において運転者によってオートクルーズ作動スイッチ81が投入されると、制御装置80が、地図情報及び推定した車重Mに基づいて、車速Vが目標速度範囲に維持されるようにエンジン走行、アシスト走行、モータ走行、及び惰性走行のいずれかを適時選択する。
エンジン走行では、ディーゼルエンジン10から湿式多板クラッチ15及びトランスミッション20を経由してプロペラシャフト25に伝達された駆動力FeでHEVを走行させる。アシスト走行では、ディーゼルエンジン10からの駆動力Fe及びモータージェネレーター33から減速機構30を経由してプロペラシャフト25に伝達された駆動力Fmの両方でHEVを走行させる。モータ走行では、湿式多板クラッチ15を切断状態にしてモータージェネレーター33からの駆動力FmでHEVを走行させる。惰性走行では、ディーゼルエンジン10及びモータージェネレーター33の駆動力をプロペラシャフト25に伝達しない状態でHEVを走行させる。
また、制御装置80は、惰性走行中には湿式多板クラッチ15を切断状態にすると共に燃料の噴射を停止してディーゼルエンジン10を停止する制御を行って、その惰性走行中にはディーゼルエンジン10をアイドリングストップ状態に維持している。
前述したように、ディーゼルエンジン10の停止に伴って第1パワステポンプ40が停止しても、プロペラシャフト25に連結された第2パワステポンプ45から、ステアリングユニット53にパワステフルード51を常時供給するので、HEVの走行中は、操舵アシストを停止することなくディーゼルエンジン10を停止できる。そこで、惰性走行中に、湿式多板クラッチ15を切断状態にすると共に燃料の噴射の停止によりディーゼルエンジン10を停止したアイドリングストップ状態にすることで、惰性走行中の燃料消費量を削減できる。
また、惰性走行中にディーゼルエンジン10を停止することで、排気バルブ70からの排気ガス71の排出を削減できるので、排気通路73に配置されて、排気バルブ70からエグゾーストマニホールド72を経由してタービン74を駆動した排気ガス71を浄化する排気ガス浄化装置75の浄化能力の低下を抑制できる。これにより、排気ガス浄化装置75の浄化能力が低下した場合に、HEVの駆動力に寄与しない燃料を噴射して排気ガス71の温度を上昇させて排気ガス浄化装置75の浄化能力を回復して再生する機会が低減するので、その再生に必要な燃料消費も削減できる。この排気ガス浄化装置75としては、例えば、排気ガス71中の粒子状物質を捕集する捕集装置を例示でき、モータ走行及び惰性走行中は、捕集装置への粒子状物質の堆積が抑制されるので、捕集装置の再生に必要な燃費を抑制できる。
加えて、惰性走行中に湿式多板クラッチ15を切断状態にすると共に燃料の噴射を停止してディーゼルエンジン10を停止する構成にしたことで、プロペラシャフト25の回転動力がディーゼルエンジン10の回転抗力により減少することも回避できるので、モータ走行中及び惰性走行中のエネルギーの損失を低減して燃費をより向上できる。
また、制御装置80が、モータ走行中に湿式多板クラッチ15を切断状態にすると共に燃料の噴射の停止によりディーゼルエンジン10を停止する制御を行ってもよい。
このように、モータ走行も惰性走行と同様に、ディーゼルエンジン10を停止することで、モータ走行中の燃料消費量を削減でき、かつ排気ガス浄化装置75の浄化能力の低下を抑制できるので、燃費をより向上することができる。
このようなHEVにおいて、制御装置80が、車速Vを予め設定された目標速度範囲に維持するオートクルーズモードが設定された場合に、車速Vが増加する降坂路L1の有無を地図情報および車重Mに基づいて予測し、予測した降坂路L1では湿式多板クラッチ15を切断状態にするとともに燃料の噴射の停止によりディーゼルエンジン10を停止した惰性走行を選択する制御を行うように構成される。また、制御装置80が、その惰性走行中に、モータージェネレーター33を短時間定格Rsで回生発電する回生ブレーキを作動して車速Vを目標速度範囲に維持する場合には、降坂路L1の中途の位置でその回生ブレーキを作動した作動時間t1が短時間定格Rsで出力可能な限界時間tsを超える前に、モータージェネレーター33を連続定格Rc以下の出力に絞り、かつディーゼルエンジン10の停止を維持しながら湿式多板クラッチ15を接続状態にする制御を行うように構成される。
降坂路L1は、勾配θ1が急な下り坂であり、車体に加わる重力加速度による前進方向の力が走行抵抗以上になり、ディーゼルエンジン10を停止した惰性走行をさせたと仮定した場合に車速Vが増加する、つまり車速Vを下限速度vc以上に維持すると予測される降坂路である。このような降坂路L1としては、例えば、HEVの車重Mが25tの場合には、勾配θ1が2%以上で、走行距離s1が500m以上になる降坂路を例示できる。
連続定格Rcと短時間定格Rsとは、モータージェネレーター33の出力Pc、Psとその出力でモータージェネレーター33を使用した場合の温度上昇が所定の許容範囲に収まって異常なく運転を続けられる限界時間tc、tsとが異なるように設定されている。短時間定格Rsの出力Psは連続定格Rcの出力Pcよりも大きく設定される一方で、その限界時間tsは連続定格Rcの限界時間tcよりも短縮されている。
例えば、モータージェネレーター33の最大出力が120kwの場合で、連続定格Rcの出力Pcが80kwに設定されたときには、短時間定格Rsの出力Psが120kwで限界時間tsが30秒、出力Psが110kwで限界時間tsが60秒などに設定される。この短時間定格Rsは出力Psと限界時間tsとの相関で設定できるが、限界時間tsが60秒以上、180秒以下に設定されることが好ましい。限界時間tsが60秒未満の場合にはモータージェネレーター33を短時間定格Rsで駆動する時間が短いために連続定格Rcに切り替える頻度が多くなる一方、180秒超の場合にはモータージェネレーター33を短時間定格Rsで駆動する機会が減少する。
このHEVのオートクルーズモードにおける制御方法を、図3に示すフローチャートに基づいて制御装置80の機能として以下に説明する。なお、この制御方法は、HEVがオートクルーズモードで走行路を走行中に行われる。
まず、ステップS10では、制御装置80が地図情報取得装置82で取得した勾配θおよび走行距離s、ならびに車重取得装置83で推定した車重Mに基づいて、前方の走行路に車速Vが増加する降坂路L1があるか否かを判定する。このステップS10で降坂路L1がないと判定した場合はこの制御方法は完了する一方、降坂路L1があると判定した場合はステップS20へ進む。
次いで、ステップS20では、制御装置80が降坂路L1におけるHEVの走行として惰性走行を選択する。そして、制御装置80が湿式多板クラッチ15を切断状態にするとともに燃料噴射の停止によりディーゼルエンジン10を停止する。
次いで、ステップS30では、制御装置80がモータージェネレーター33を短時間定格Rsで回生発電する回生ブレーキを作動する。このステップS30は車速Vを目標速度範囲に維持するタイミングで行えばよく、ステップS20で惰性走行が開始されたと同時に行ってもよく、また、車速Vが上限速度vbを超えたときに行ってもよい。このように、車速Vが増加する降坂路L1における惰性走行で制動力を付与して車速Vを目標速度範囲に維持する場合に、最初に回生ブレーキを作動することでモータージェネレーター33の回生機会が増加するので、燃料消費量の削減に有利になる。また、モータージェネレーター33を短時間定格Rsで回生発電することで、発電量および回生制動力が増加するので、より燃料消費量の削減に有利になる。
次いで、ステップS40では、制御装置80が短時間定格Rsで回生ブレーキを作動した作動時間t1をカウントアップする。この実施形態では1秒ごとにカウントアップするようにしたが、5秒ごとや0.1秒ごとにカウントアップしてもよい。
次いで、ステップS50では作動時間t1が、短時間定格Rsの限界時間tsよりも短
く設定された切替時間ta以上になったか否かを判定する。切替時間taは限界時間tsの手前、例えば、1秒〜5秒前に設定された時間である。切替時間taを限界時間tsよりも短く設定することで、モータージェネレーター33が短時間定格Rsで駆動できる限界時間tsを超えて駆動することを確実に回避できるので、モータージェネレーター33の耐久性の向上に有利になる。このステップS50で作動時間t1が切替時間ta未満の場合にはステップS30へ戻る一方、作動時間t1が切替時間ta以上の場合にはステップS60へ進む。
次いで、ステップS60では、制御装置80がモータージェネレーター33の定格を切り替えて短時間定格Rsの出力Psから連続定格Rcの出力Pcに絞り、連続定格Rcで回生ブレーキを作動する。なお、この実施形態では短時間定格Rsから連続定格Rcに絞ったが、連続定格Rcの出力Pc未満の出力に絞ってもよく、バッテリー35の充電状態に応じて絞る出力を設定することが好ましい。
例えば、このステップS60が行われた地点から地図情報及び車重Mに基づいて降坂路L1の終了地点まで回生ブレーキを作動させたと仮定したときに、その終了地点でバッテリー35の充電状態を使用範囲の上限値にする出力などを例示できる。この降坂路L1の終了地点で充電状態を上限値にする出力は降坂路L1の終了地点までの勾配θ1、走行距離s1、車重M、ならびに、車速Vおよび目標速度vaの差分に基づいたマップデータに基づいて算出され、勾配θ1、走行距離s1、車重M、ならびに、車速Vおよび目標速度vaの差分のそれぞれに対して負の相関となる。
次いで、ステップS70では、制御装置80が湿式多板クラッチ15を切断状態から接続状態にしてこの制御方法は完了する。このとき、クランクシャフト13にはプロペラシャフト25の回転動力がトランスミッション20を介して徐々に伝達されるようになり、クランクシャフト13が回転して、エンジンブレーキを作動する。このとき、クランクシャフト13が回転することによりオルタネーター17と第1パワステポンプ40とが駆動することになりプロペラシャフト25にその駆動による制動力が付加される。
図4は、オートクルーズモードにおける車速V、ディーゼルエンジン10の出力トルクTe、モータージェネレーター33の出力トルクTm、モータージェネレーター33の定格Rm、冷却システムの冷却水133の温度T1、及び標高Hの関係の一例を示している。なお、ディーゼルエンジン10の負になる出力トルクTeはエンジンブレーキ(オルタネーター17および第1パワステポンプ40により制動力も含む)を示しており、モータージェネレーター33の負になる出力トルクTmは回生トルクを示しているものとする。
降坂路L1の手前の登坂路では、アシスト走行が行われており、冷却システムの冷却水133の温度T1は上昇する。また、バッテリー35の充電状態Ceはモータージェネレーター33による電力消費により低下する。この登坂路を走行中に、制御装置80が、地図情報取得装置82で取得した勾配θ1および走行距離s1、ならびに車重取得装置83で推定した車重Mを取得する。次いで、制御装置80が、それらに基づいて惰性走行させたと仮定した場合に車速Vが増加する降坂路L1を予測する(ステップS10)。
A地点で降坂路L1が開始すると、制御装置80がHEVに惰性走行を開始させる(ステップS20)。同時にモータージェネレーター33を短時間定格Rsで回生発電して回生ブレーキを作動する(ステップS30)。また、制御装置80が短時間定格Rsで回生ブレーキを作動した作動時間t1のカウントアップを開始する(ステップS40)。
次いで、A地点からB地点までの間で、制御装置80が作動時間t1が切替時間ta以上になるか否かを判定する(ステップS50)。このときに短時間定格Rsで回生ブレー
キを作動させているためにモータージェネレーター33の温度が上昇して冷却システムの冷却水133の温度T1も上昇する。
そして、B地点で制御装置80が作動時間t1が切替時間ta以上になったと判定する(ステップS50)と、その判定したB地点でモータージェネレーター33の定格Rmを短時間定格Rsから連続定格Rcに切り替えて、連続定格Rcで回生ブレーキを作動する(ステップS60)。これにより、短時間定格Rsの限界時間tsを超えるC地点の前に短時間定格Rsから連続定格Rcに出力を絞る。
また、B地点で回生ブレーキが絞られると、制御装置80がディーゼルエンジン10の停止を維持したまま湿式多板クラッチ15を接続状態にする(ステップS70)。このB地点から湿式多板クラッチ15を接続状態にしてオルタネーター17の回生制動力と第1パワステポンプ40の駆動制動力とを含むエンジンブレーキによる制動力を付与することで、回生ブレーキの絞りによって低下する制動力を補う。
次いで、D地点で、冷却システムの冷却水133の温度T1が駆動開始温度Ta以上になり、制御装置80が電動ポンプ131および電動ファン132を駆動して冷却水133を循環させる。そして、電動ポンプ131から吐出された冷却水133をラジエーター134で冷却した後に水冷式のインバーター34およびモータージェネレーター33で熱交換して、そのときの熱交換によりインバーター34およびモータージェネレーター33を冷却する。
次いで、E地点で、降坂路L1が終了すると、制御装置80が作動している回生ブレーキおよびエンジンブレーキを停止するとともに、気筒12への燃料の噴射を開始してディーゼルエンジン10を始動する。
以上のような制御を行うように構成したので、短時間定格Rsで発電される電力量を増加して燃費を向上することができるともに、モータージェネレーター33の温度上昇による永久磁石の劣化を確実に回避して耐久性の低下を抑制することができる。
また、モータージェネレーター33を連続定格Rc以下の出力に絞ると同時に、ディーゼルエンジン10の停止を維持したまま湿式多板クラッチ15を接続状態にしてエンジンブレーキを作動することで、モータージェネレーター33の出力を短時間定格Rsから連続定格Rcへの絞りにより回生ブレーキの回生制動力が低下しても、エンジンブレーキによる制動力を付与することができるので、車速Vを目標速度範囲に維持することができる。したがって、車速Vを目標速度範囲に維持する際のフットブレーキの使用頻度を低減できて、そのフットブレーキの寿命を向上させることができる。
なお、この実施形態では、降坂路L1の開始地点であるA地点からモータージェネレーター33を短時間定格Rsで回生発電して回生ブレーキを作動する構成としたが、A地点から連続定格Rcで回生ブレーキを作動して、降坂路L1の中途の位置で車速Vが上限速度vbを超えるときに短時間定格Rsで回生ブレーキを作動させる構成にしてもよい。また、回生ブレーキおよび湿式多板クラッチ15を接続状態にしたエンジンブレーキの両方を作動させても降坂路L1の中途の位置で車速Vが上限速度vbを超えるような場合には、排気ブレーキ、圧縮開放ブレーキ、およびリターダーなどの補助ブレーキを作動してフットブレーキを作動する機会を低減するとよい。
図5は上記のHEVのオートクルーズモードにおける制御方法の別例を例示するフローチャートである。上記の制御方法ではステップS40およびステップS50で作動時間t1が切替時間ta以上になったときにステップS60を行うようにしたが、ステップS3
0の後に切替時間taをカウントダウンして、カウントダウンした切替時間taがゼロになったときにステップS60以降を行ってもよい。
つまり、制御装置80が、切替時間taを短時間定格Rsで回生ブレーキを作動させてからカウントダウンし、カウントダウンした切替時間taがゼロ以下になったときに、すなわち切替時間taが経過したときにステップS60およびステップS70を行うように構成される。
図5に示すフローチャートにおけるステップS80では、制御装置80が短時間定格Rsで回生ブレーキを作動してから切替時間taをカウントダウンする。この実施形態では1秒ごとにカウントダウンするようにしたが、5秒ごとや0.1秒ごとにカウントダウンしてもよい。次いで、ステップS90ではカウントダウンした切替時間taがゼロ以下になったか否かを判定する。このステップS90でカウントダウンした切替時間taがゼロ超の場合にはステップS30へ戻る一方、切替時間taがゼロ以下の場合にはステップS60へ進む。
このように、短時間定格Rsで回生ブレーキを作動してから切替時間taをカウントダウンしても、前述と同様の作用効果を得ることができる。
上記のHEVにおいては、制御装置80が、モータージェネレーター33を連続定格Rc以下の出力に絞り、かつディーゼルエンジン10の停止を維持しながら湿式多板クラッチ15を接続状態にしたときに、オルタネーター17を発電するとともに、そのオルタネーター17で発電された電力により電動ポンプ131を駆動して、水冷式のモータージェネレーター33およびインバーター34を冷却する制御を行うように構成されることが望ましい。
また、このHEVにおいては、制御装置80が、電動ポンプ131を駆動する際にオルタネーター17で発電された電力により電動ファン132を駆動する制御を行うように構成されることが好ましい。
このHEVのオートクルーズモードにおける制御方法を、図6に示すフローチャートに基づいて制御装置80の機能として以下に説明する。なお、図3および図5と同符号のステップについては説明を省略する。
ステップS70で制御装置80が湿式多板クラッチ15を切断状態から接続状態にした後の、ステップS100では、ステップS70でクランクシャフト13が回転することによりオルタネーター17を回生駆動する。このオルタネーター17の回生駆動の抵抗力が制動力となりプロペラシャフト25に伝達される。また、このとき第1パワステポンプ40も駆動することになりプロペラシャフト25にその駆動による制動力が付加される。
次いで、ステップS110では、制御装置80が電動ポンプ131を駆動してこの制御方法は完了する。このステップS110での電動ポンプ131の駆動により冷却回路130に冷却水133が循環して水冷式のインバーター34およびモータージェネレーター33を冷却する。また、このステップS110では、電動ポンプ131を駆動するとともに電動ファン132を駆動して、バッテリー35およびラジエーター134を電動ファン132の冷却風で冷却することが好ましい。
図7は、オートクルーズモードにおける車速V、ディーゼルエンジン10の出力トルクTe、モータージェネレーター33の出力トルクTm、バッテリー35の充電状態Ce、冷却システムの冷却水133の温度T1、及び標高Hの関係の一例を示している。
B地点で制御装置80が短時間定格Rsから連続定格Rcに切り替えて回生ブレーキを絞る(ステップS60)と同時に、ディーゼルエンジン10の停止を維持したまま湿式多板クラッチ15を接続状態にして(ステップS70)、オルタネーター17の発電を開始して(ステップS100)、その発電で得られた電力により電動ポンプ131と電動ファン132とを駆動する(ステップS110)。
そして、電動ポンプ131を駆動することで冷却水133を循環させて、電動ポンプ131から吐出された冷却水133をラジエーター134で冷却した後に水冷式のインバーター34およびモータージェネレーター33で熱交換して、そのときの熱交換によりインバーター34およびモータージェネレーター33を冷却する。これを繰り返すことにより、B地点からE地点までの間に冷却水133の温度T1は低下する。
次いで、E地点で、降坂路L1が終了すると、制御装置80が作動している回生ブレーキおよびエンジンブレーキを停止するとともに気筒12への燃料の噴射を開始してディーゼルエンジン10を始動する。また、冷却システムの冷却水133の温度T1が駆動停止温度Td以下のため電動ポンプ131および電動ファン132の駆動を停止する。
以上のような制御を行うようにしたので、降坂路L1では燃料を消費せずに電動ポンプ131を駆動することで燃料消費量を抑制しながら、冷却システムの冷却水133の温度T1に関係なく強制的に水冷式のモータージェネレーター33およびインバーター34を冷却することができる。また、同時に電動ファン132によりバッテリー35も冷却することができる。
これにより、バッテリー35の劣化を抑制することができるとともに、惰性走行中のディーゼルエンジン10の停止とプロペラシャフト25から伝達される動力によるオルタネーター17の発電とによる燃料消費量の削減効果に加えて、冷却水133の温度T1を低い状態に維持することができるので、モータージェネレーター33、インバーター34、およびバッテリー35の温度による劣化を回避することができ、さらに、次回の駆動時にモータージェネレーター33の出力が抑制されることを回避してモータージェネレーター33の回生制動力やアシスト力を最大限に確保することができるので、燃費をより向上できる。
特に、モータージェネレーター33を短時間定格Rsで駆動した後に、冷却システムの冷却水133の温度T1に依らずに強制的にモータージェネレーター33およびインバーター34を冷却することで、短時間定格Rsで駆動したことにより温度が急激に上昇したモータージェネレーター33を効果的に冷却することができる。
なお、降坂路L1の中途の位置で冷却システムの冷却水133の温度T1が駆動停止温度Tdになり、電動ポンプ131および電動ファン132の駆動を停止した後に、まだ降坂路L1が続くような場合には、再びモータージェネレーター33を短時間定格Rsで回生発電してもよい。
10 ディーゼルエンジン
15 クラッチ装置
17 オルタネーター
20 トランスミッション
25 プロペラシャフト
26 デファレンシャル
27 駆動輪
30 減速機構
32 回転軸
33 モータージェネレーター
80 制御装置
81 オートクルーズ作動スイッチ
82 地図情報取得装置
83 車重取得装置
84 車輪速センサ
130 冷却回路
131 電動ポンプ
133 冷却水
134 ラジエーター
Rc 連続定格
Rs 短時間定格
L1 降坂路

Claims (5)

  1. ディーゼルエンジンにクラッチ装置を介して接続されたトランスミッションおよび車輪を駆動するデファレンシャルを連結するプロペラシャフトと、前記ディーゼルエンジンおよびバッテリーにインバーターを介して接続されたモータージェネレーターを有するハイブリッドシステムと、水冷式の前記モータージェネレーターおよび前記インバーターを冷却する冷却水の温度が予め設定された駆動開始温度以上になったときに前記ディーゼルエンジンに連結されたオルタネーターで発電された電力で駆動する電動ポンプを駆動してその冷却水を循環させる冷却システムと、地図情報を取得する地図情報取得装置と、車重を取得する車重取得装置と、車速を取得する車速取得装置と、制御装置とを備えたハイブリッド車両において、
    前記モータージェネレーターの回転軸と前記プロペラシャフトとを、前記回転軸を入力軸とし、かつ該プロペラシャフトを出力軸とする減速機構を介して接続し、
    前記制御装置を、前記車速を予め設定された目標速度範囲に維持するオートクルーズモードが設定された場合に、前記車速が増加する降坂路の有無を前記地図情報および前記車重に基づいて予測し、
    予測した前記降坂路では前記クラッチ装置を切断状態にするとともに燃料の噴射の停止により前記ディーゼルエンジンを停止した惰性走行を選択し、その惰性走行中に前記モータージェネレーターを短時間定格で回生発電する回生ブレーキを作動して前記車速を前記目標速度範囲に維持する場合には、前記降坂路の中途の位置でその回生ブレーキを作動した作動時間が該短時間定格で出力可能な限界時間を超える前に、前記モータージェネレーターを連続定格以下の出力に絞り、かつ前記ディーゼルエンジンの停止を維持しながら前記クラッチ装置を接続状態にする制御を行う構成にし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、前記作動時間をカウントアップし、カウントアップしたその作動時間が前記限界時間よりも短く設定された切替時間以上になったときに前記モータージェネレーターを前記連続定格以下の出力に絞り、かつ前記ディーゼルエンジンの停止を維持しながら前記クラッチ装置を接続状態にする制御を行う構成にした請求項1に記載のハイブリッド車両。
  3. 前記制御装置を、前記限界時間よりも短く設定された切替時間を前記短時間定格で回生ブレーキを作動させてからカウントダウンし、カウントダウンした前記切替時間がゼロ以下になったときに前記モータージェネレーターを前記連続定格以下の出力に絞り、かつ前記ディーゼルエンジンの停止を維持しながら前記クラッチ装置を接続状態にする制御を行う構成にした請求項1に記載のハイブリッド車両。
  4. 前記制御装置を、前記モータージェネレーターを連続定格以下の出力に絞り、かつ前記ディーゼルエンジンの停止を維持しながら前記クラッチ装置を接続状態にしたときに、前記オルタネーターを発電するとともに、該オルタネーターで発電された電力により前記電動ポンプを駆動して、前記モータージェネレーターおよび前記インバーターを冷却する制御を行う構成にした請求項1〜3のいずれか1項に記載のハイブリッド車両。
  5. オートクルーズモードが設定された場合には、ディーゼルエンジンからクラッチ装置およびトランスミッションを経由してプロペラシャフトに伝達された駆動力、ならびに、バッテリーにインバーターを介して接続されたモータージェネレーターから減速機構を経由して該プロペラシャフトに伝達された駆動力のどちらか一方および両方で走行するエンジン走行、モータ走行、およびアシスト走行のいずれかと、前記クラッチ装置を切断状態にするとともに該ディーゼルエンジンを停止して該ディーゼルエンジンおよび該モータージェネレーターの駆動力を該プロペラシャフトに伝達しない惰性走行とのいずれかを、少な
    くとも勾配を含む地図情報および車重に基づいて適時選択して、車速を予め設定された目標速度範囲に維持して自動走行するハイブリッド車両の制御方法であって、
    前記車速が増加する降坂路の有無を前記地図情報および前記車重に基づいて予測し、予測したその降坂路における前記惰性走行中に、前記モータージェネレーターを短時間定格で回生発電する回生ブレーキを作動して前記車速を前記目標速度範囲に維持する場合には、前記降坂路の中途の位置でその回生ブレーキを作動した時間が該短時間定格で出力可能な限界時間を超える前に、前記モータージェネレーターを連続定格以下の出力に絞り、かつ前記ディーゼルエンジンの停止を維持しながら前記クラッチ装置を接続状態にしてエンジンブレーキを作動する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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