JP7271971B2 - ハイブリッド車両 - Google Patents

Description

本発明は、ハイブリッド車両に関する。

従来のハイブリッド車両として、特許文献１に記載されるものが知られている。特許文献１に記載のハイブリッド車両は、エンジンとモータとを含む駆動源の運転状態に応じて所定の条件を決定し、エンジンの出力軸の回転速度とモータの回転軸の回転速度との関係が所定の条件を満たした場合に、エンジンの出力軸とモータの回転軸とに巻き掛けられたベルトに異常が発生したことを検出し、モータの出力トルクを制限したり、アイドルストップ機能の実行を禁止したりするようになっている。

特開２０１６－２０６４６号公報

しかしながら、特許文献１に記載の従来のハイブリッド車両にあっては、ベルトに僅かなスリップが発生した段階で回生機能を含むモータの機能を全て禁止すると、バッテリの充電量が不足してしまう。一方で、ベルトに大きなスリップが発生しているにもかかわらずアイドルストップ機能を継続すると、エンジンを自動停止状態から再始動する際にスリップによって速やかに再始動できず、エンジントルクの発生タイミングがドライバの意図するタイミングより遅れ、ドライバビリティを損なってしまう。したがって、一定の水準以上で、バッテリの充電量を維持でき、かつ、ドライバビリティを確保できるように、更に検討する余地があった。

本発明は、上記のような事情に着目してなされたものであり、バッテリの充電量を維持でき、かつ、ドライバビリティを確保できるハイブリッド車両を提供することを目的とするものである。

本発明は、エンジンの出力軸とモータの回転軸とに巻き掛けられたベルトと、前記エンジンおよび前記モータに対して制御を行う複数の機能を有し、前記複数の機能のうち禁止する機能を前記ベルトのスリップ状態量に応じて決定する制御部と、を備えるハイブリッド車両であって、前記複数の機能は、前記モータの出力のみで車両を走行させるＥＶ走行機能と、前記モータにより前記車両の運動エネルギーを電気エネルギーに変換する回生機能と、を含み、前記制御部は、前記ＥＶ走行機能を禁止するスリップ状態量閾値を、前記回生機能を禁止するスリップ状態量閾値より低く設定していることを特徴とする。

このように上記の本発明によれば、バッテリの充電量を維持でき、かつ、ドライバビリティを確保できる。

図１は、本発明の一実施例に係るハイブリッド車両の概略構成図である。 図２は、本発明の一実施例に係るハイブリッド車両の制御部による禁止機能決定動作を示すフローチャートである。 図３は、本発明の一実施例に係るハイブリッド車両の制御部によるトルク補正制御において参照される補正マップを示す図である。

本発明の一実施の形態に係るハイブリッド車両は、エンジンの出力軸とモータの回転軸とに巻き掛けられたベルトと、エンジンおよびモータに対して制御を行う複数の機能を有し、複数の機能のうち禁止する機能をベルトのスリップ状態量に応じて決定する制御部と、を備えるハイブリッド車両であって、複数の機能は、モータの出力のみで車両を走行させるＥＶ走行機能と、モータにより車両の運動エネルギーを電気エネルギーに変換する回生機能と、を含み、制御部は、ＥＶ走行機能を禁止するスリップ状態量閾値を、回生機能を禁止するスリップ状態量閾値より低く設定していることを特徴とする。これにより、本発明の一実施の形態に係るハイブリッド車両は、バッテリの充電量を維持でき、かつ、ドライバビリティを確保できる。

以下、図面を参照して、本発明の実施例について詳細に説明する。図１に示すように、本発明の実施例に係る車両１は、内燃機関型のエンジン２と、モータ３と、バッテリ４と、変速機５と、駆動輪６、エンジン２およびモータ３を制御する制御部２５と含んで構成される。車両１は、本発明におけるハイブリッド車両を構成している。

本実施例において、エンジン２は、吸気行程、圧縮行程、膨張行程及び排気行程からなる一連の４行程を行うとともに、圧縮行程及び膨張行程の間に、点火が行われる４サイクルのエンジンによって構成されている。

モータ３は、例えば、三相交流モータによって構成され、バッテリ４は、二次電池によって構成される。モータ３は、バッテリ４に蓄えられた電力を動力に変換したり、動力から変換した電力をバッテリ４に蓄えたりするようになっている。

また、モータ３は、エンジン２を始動するスタータとしても機能する。このように、モータ３は、スタータとジェネレータの両方の機能を備えたいわゆるＩＳＧ（Integrated Starter Generator）である。

エンジン２は、出力軸１０を有し、出力軸１０には、出力軸１０と一体に回転する図示しないプーリが設けられている。一方、モータ３は、回転軸１３を有し、回転軸１３には、回転軸１３と一体に回転する図示しないプーリが設けられている。エンジン２の出力軸１０のプーリと、モータ３の回転軸１３のプーリには、ベルト１５が巻き掛けられている。エンジン２とモータ３とは、ベルト１５を介して相互に動力を伝達する。

変速機５は、エンジン２及びモータ３を含む駆動源によって生成された動力を変速するようになっている。例えば、変速機５は、オートマチックトランスミッション、セミオートマチックトランスミッション、デュアルクラッチトランスミッション、又は、ＣＶＴ（Continuously Variable Transmission）などによって構成される。

車両１は、アクセル操作を行うアクセルペダル８と、このアクセルペダル８の踏込み量を検出するアクセルセンサ８Ａとを備えている。車両１は、ブレーキ操作を行うブレーキペダル９と、このブレーキペダル９の踏込み量を検出するブレーキセンサ９Ａとを備えている。

制御部２５は、いわゆるＥＣＵ（Electronic Control Unit）であり、ＣＰＵ（Central Processing Unit）と、ＲＡＭ（Random Access Memory）と、ＲＯＭ（Read Only Memory）と、フラッシュメモリと、入力ポートと、出力ポートと、ネットワークモジュールとを備えたコンピュータユニットによって構成されている。

ネットワークモジュールは、図示しない他のＥＣＵ（Electronic Control Unit）と、ＣＡＮ（Controller Area Network）又はフレックスレイ等の規格に準拠した図示しない車内ＬＡＮ（Local Area Network）を介して通信を行うことができるようになっている。

制御部２５のＲＯＭには、各種制御定数や各種マップ等とともに、当該コンピュータユニットを制御部２５として機能させるためのプログラムが格納されている。すなわち、制御部２５において、ＣＰＵがＲＯＭに格納されたプログラムを実行することにより、当該コンピュータユニットは、制御部２５として機能する。

制御部２５の入力ポートには、エンジン２の出力軸１０の回転速度を検出するエンジン回転速度センサ２０、アクセルセンサ８Ａ、ブレーキセンサ９Ａなどの各種センサ類が接続されている。また、制御部２５の出力ポートには、エンジン２およびモータ３を制御するための各種制御対象類が接続されている。制御部２５は、入力ポートに接続された各種センサ類から得られた情報に基づいて、出力ポートに接続された各種制御対象類を制御するようになっている。

また、制御部２５の入力ポートには、モータ３の回転軸１３の回転速度を検出するモータ回転速度センサ２１などの各種センサ類が接続されている。また、制御部２５の出力ポートには、モータ３を制御するための各種制御対象類に加えて、図示しないインストルメントパネルなどの表示装置及びスピーカなどの音声出力装置などが接続されている。

制御部２５は、入力ポートに接続された各種センサ類から得られた情報に基づいて、出力ポートに接続された各種制御対象類を制御するようになっている。

本実施例において、制御部２５は、ベルト１５に異常が発生したことを検出する制御部２５を構成する。具体的には、制御部２５は、エンジン２の出力軸１０の回転速度とモータ３の回転軸１３の回転速度との関係が所定の条件を満たした場合に、ベルト１５に異常が発生したことを検出するようになっている。

より詳細には、制御部２５は、エンジン回転速度センサ２０によって検出され、制御部２５によって送信された情報が表すエンジン２の出力軸１０の回転速度と、モータ回転速度センサ２１によって検出されたモータ３の回転軸１３の回転速度との関係が所定の条件を満たした場合に、ベルト１５に異常が発生したことを検出するようになっている。

本実施例では、制御部２５は、エンジン２とモータ３とを含む駆動源に対して制御を行う複数の機能を有している。複数の機能には、ＥＶ走行機能、ＥＶアイドル機能、自動停止機能、アシスト機能、回生機能および通常発電機能が含まれる。

ＥＶ走行機能は、エンジン２を自動停止させた状態でモータ３の出力（駆動トルク）のみで車両１を走行させる機能である。このＥＶ走行機能が許可（実施）された状態では、エンジン２が燃料を消費しないことによる燃費向上等の効果を得ることができる。

ＥＶアイドル機能は、減速走行時などの車両が非駆動状態での走行中に、エンジンの燃料噴射を停止し、エンジン回転速度をモータ３の出力によってアイドル回転速度に維持する機能である。ＥＶアイドル機能の実行により、車両の非駆動状態での燃料噴射を抑え、かつ、エンジン回転速度をアイドル回転速度に維持する維持するため、エンジン停止状態からの始動と比較して、再始動に要する電力量が少なく、エンジンが駆動力を発生し始めるまでの時間も短縮できる。

自動停止機能は、停車中など車両１の非駆動状態においてエンジン２を自動で停止状態とする機能である。この自動停止機能が許可（実施）された状態では、燃料使用量を削減できる。なお、モータ３は、エンジン２の自動停止後、エンジン２を再始動するための駆動力を発生する。

アシスト機能は、主にエンジン２のエンジントルクによって車両１が走行しているときに、モータ３のモータトルクをエンジントルクに追加して車両の総トルクを得る機能である。アシスト機能の実行により、ドライバの要求する出力に対してエンジンの出力を抑制し、使用する燃料を少なくすることができる。なお、抑制したエンジントルクはモータトルクにより代替されるため、アシスト機能を実行していないときと総トルクは同等となる。

回生機能は、車両１の減速時にモータ３が発電を行って発電トルクによって車両１を減速（制動）させ、車両１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４に蓄電する機能である。

通常発電機能は、エンジン２が燃料を使用して運転している状態で、エンジン２の出力を用いてモータ３で発電し、電気負荷７に必要な電力をバッテリ４に確保する機能である。

本実施例において、制御部２５は、エンジン２の出力軸１０の回転速度と、モータ３の回転軸１３の回転速度との関係として、モータ３の回転軸１３の回転速度Ｎｍをエンジン２の出力軸１０の回転速度Ｎｅで除したスリップ率Ｒを算出するようになっている。

制御部２５は、スリップ率Ｒ＝｜Ｎｅ－Ｂ×Ｎｍ｜／Ｎｅの数式に基づき、ベルト１５のスリップ率Ｒを算出する。Ｂはベルト１５の減速比である。

ここで、スリップ率Ｒは、ベルト１５に発生するスリップ（以下、ベルトスリップともいう）を定量的に示す値であり、本発明におけるスリップ状態量に相当する。なお、制御部２５は、スリップ率Ｒに代えてスリップ量を算出して用いる構成としてもよい。スリップ量は、｜Ｎｅ－Ｂ×Ｎｍ｜の数式から求めることができる値である。

本実施例では、制御部２５は、前述の複数の機能が全て許可（実行）されている状態で、次に説明する禁止機能決定動作を実行することにより、複数の機能のうち禁止（停止）する機能を決定する。禁止機能決定動作は、ベルト１５のスリップ率Ｒに応じて、禁止（停止）する機能を決定する動作である。

以上のように構成された車両１の禁止機能決定動作について図２を参照して説明する。なお、以下に説明する禁止機能決定動作は、所定の時間間隔で定期的にスタートする。また、初期状態では、スリップ率Ｒが１０％未満であり、ＥＶ走行機能、ＥＶアイドル機能、自動停止機能、アシスト機能、回生機能および通常発電機能は、全て許可（実行）されているものとする。

まず、ステップＳ１で、制御部２５は、エンジン２の出力軸１０の回転速度Ｎｅと、モータ３の回転軸１３の回転速度Ｎｍとを、エンジン回転速度センサ２０とモータ回転速度センサ２１とで、それぞれ検出する。そして、制御部２５は、ベルト１５のスリップ率Ｒを算出する。

次いで、制御部２５は、ステップＳ２で、スリップ率Ｒが１０％以上であるか否かを判断する。このスリップ率Ｒの１０％は、ＥＶ走行を禁止するスリップ率閾値である。スリップ率閾値は本発明におけるスリップ状態量閾値に相当する。制御部２５は、スリップ率Ｒが１０％未満の場合は今回の禁止機能決定動作を終了し、スリップ率Ｒが１０％以上の場合はステップＳ３に進む。

ステップＳ３で、制御部２５はＥＶ走行を禁止する。ここで、ＥＶ走行は、アクセルセンサ８Ａ等の検出信号から算出される目標駆動力となるようモータ３を駆動することをいう。スリップが発生した場合には、モータ３が伝達する駆動力が低くなる。そのため、ドライバが想定する駆動力に対して実際の車両１の駆動力が不足し、ドライバビリティが低下する。

そこで、本実施例では、スリップが発生した場合に、最も低いスリップ率閾値（１０％）でＥＶ走行を禁止することにより、駆動力不足を防止でき、ドライバビリティを確保できる。

次いで、ステップＳ４で、制御部２５はスリップ率Ｒが１５％以上であるか否かを判断する。このスリップ率Ｒの１５％は、ＥＶアイドル機能、自動停止機能を禁止するスリップ率閾値である。制御部２５は、スリップ率Ｒが１５％未満の場合は、ステップＳ１０の実施後に今回の禁止機能決定動作を終了し、スリップ率Ｒが１５％以上の場合はステップＳ５に進む。

ステップＳ５で、制御部２５はＥＶアイドル機能、自動停止機能を禁止し、アシスト機能のトルク最大値を制限する。

ここで、ＥＶアイドル機能は、減速走行時等にモータ３の駆動によってエンジン回転速度をアイドル回転速度に維持する機能である。また、自動停止機能は、自動停止後の再始動時に、ＥＳＧの駆動によってエンジン回転速度をアイドル回転速度まで上昇させる機能である。

そのため、両機能とも、モータ３を駆動させ、アイドル回転速度を目標としてエンジン回転速度を制御するため、スリップ率Ｒが増えると、エンジン２の始動に要する時間が長くなる。

詳しくは、ＥＶアイドル機能においては、スリップによりエンジン回転速度をアイドル回転速度に維持することができず、ドライバがアクセルペダル８を踏んだことに応じてエンジン２を再始動する際に、エンジン回転速度がアイドル回転速度より低いので、エンジン２を短時間で速やかに始動できないという事情がある。

また、スリップ率Ｒが大きい状態では、自動停止機能によるエンジン２の停止からの再始動時に、エンジン回転速度がアイドル回転速度に上昇するまでの時間が長くなり、再始動に時間を要する時間が長くなるという事情がある。

これらの事情により、ドライバが意図するタイミングでエンジン２を始動して駆動力を発生することができないため、ドライバビリティが低下することがある。

このような理由から、本実施例において、制御部２５は、第２の閾値（１５％）で両機能を禁止する。また、両機能は、燃費向上効果が大きいため、スリップ率Ｒが１０％から１５％の範囲では、制御部２５は、それらの機能を維持し、燃費の低下を抑制する。

また、ベルト１５の劣化の進行を抑制するため、制御部２５は、アシスト機能の実行中のモータ３のトルクの最大値を制限する。エンジン２のトルクと比較してモータ３のトルクが小さいため、アシスト機能においては、ベルトスリップが発生していてもエンジン２のトルクで車両１の駆動力を概ね調整できる。

また、アシスト機能は、再始動処理を含んでないため、ドライバが意図するタイミングで動力を発生することが可能である。しかし、駆動トルクが大きい場合はベルト１５の劣化が進行するため、制御部２５は、モータ３のトルクの最大値を制限し、ベルト１５の劣化の進行を抑制している。

次いで、ステップＳ６で、制御部２５はスリップ率Ｒが２０％以上であるか否かを判断する。このスリップ率Ｒの２０％は、アシスト機能を禁止するスリップ率閾値である。制御部２５は、スリップ率Ｒが２０％未満の場合は、今回の禁止機能決定動作を終了し、スリップ率Ｒが２０％以上の場合はステップＳ７に進む。

ステップＳ７で、制御部２５はアシスト機能を禁止する。これは、スリップ率Ｒが２０％以上に大きくなった状態では、ベルト１５の動力伝達効率が低下してアシスト機能による燃費改善率が悪化するため、スリップ率Ｒが２０％以上では、アシスト機能を禁止しても、燃費を大きく低下させることがなく、かつ、ベルト１５の劣化の進行を抑制できるからである。

制御部２５は、回生機能におけるトルク最大値を制限する。これは、バッテリ４の充電状態が低下すると電気負荷７に電力を十分に供給できず、電気負荷７の機能が停止するおそれがあるので、電気負荷７の機能停止を防止するためである。回生機能の許可およびトルク最大値の制限は、アシスト機能を禁止する閾値よりも高い閾値（２５％）まで継続される。

次いで、制御部２５は、ステップＳ８で、スリップ率Ｒが２５％以上であるか否かを判断する。このスリップ率Ｒの２５％は、回生機能を禁止するスリップ率閾値である。制御部２５は、スリップ率Ｒが２５％未満の場合は、今回の禁止機能決定動作を終了し、スリップ率Ｒが２５％以上の場合はステップＳ９に進む。

次いで、制御部２５は、ステップＳ９で、回生機能を禁止し、今回の禁止機能決定動作を終了する。ただし、通常発電機能は禁止せず継続する。

このように、充電量を確保するため、スリップ率Ｒが、最も大きい閾値である２５％になるまでは回生機能を禁止しない。そして、スリップ率Ｒが２５％まで大きくなった場合は、ベルト１５の更なる劣化を防止するために回生機能を禁止する。また、制御部２５は、回生機能を禁止した場合であっても通常発電機能は継続（許可を継続）する。これにより、バッテリ４の電力不足を防止できる。

制御部２５は、ステップＳ１０で、ＥＶアイドル機能の実行中、自動停止機能からの再始動時およびアシスト機能の実行中に、モータ３の駆動トルク（図中、ＩＳＧ駆動トルクと記す）を補正する。ここでは、制御部２５は、図３に示す補正マップを用いて補正係数Ｋを決定し、この補正係数Ｋを補正前の駆動トルクに乗算することにより、補正後の駆動トルクを決定する。

図３に示す補正マップにおいて、スリップ率Ｒが大きくなるほど補正係数Ｋが大きくなるように設定されている。これにより、スリップの発生によるトルク伝導率の低下を相殺でき、車両１の走行トルクが低下することを抑制できる。また、制御部２５は、回生トルクは補正しないので、ドライバが想定した以上の車両１の減速が発生することを防止でき、ドライバビリティを確保できる。

以上説明したように、本実施例では、制御部２５は、ＥＶ走行機能を禁止するスリップ率閾値（１０％）を、回生機能を禁止するスリップ率閾値（２５％）より低く設定している。

これにより、ＥＶ走行中にベルトスリップが発生した場合には車両１駆動力が低下することに対応し、低いベルトスリップ率ＲでＥＶ走行機能を禁止することができる。

また、ベルトスリップが発生していても、バッテリ４の充電量を維持するため、ＥＶ走行を禁止するスリップ率閾値よりも高いスリップ率Ｒになるまで回生機能を維持（許可）することができる。この結果、バッテリ４の充電量を維持でき、かつ、ドライバビリティを確保できる。

また、本実施例では、制御部２５は、回生機能を禁止した場合であっても通常発電機能は許可する。

これにより、スリップ率Ｒが上昇した際は、ベルト１５の更なる劣化を防止するために回生機能は禁止するが、通常発電はバッテリ４の充電量を維持（許可）するので、バッテリ４の充電量を維持でき、かつ、ドライバビリティを確保できる。

また、本実施例では、制御部２５は、自動停止機能を禁止するスリップ率閾値（１５％）を、ＥＶ走行機能を禁止するスリップ率閾値（１０％）よりも高く設定している。

これにより、ベルトスリップが発生している状態において、自動停止機能を実施した場合に、通常よりもエンジン２の再始動に要する時間が長くなることを防止できる。このため、エンジン２の駆動力の発生開始のタイミングがドライバの意図するタイミングよりも遅れることを防止できる。

また、ＥＶ走行時のベルトスリップによる駆動力不足が生じることと比較して、ドライバビリティへの影響は少ないため、ＥＶ走行機能を禁止するスリップ率Ｒより高いスリップ率Ｒで自動停止機能を禁止することで、燃費の低下を抑制できる。この結果、燃費性能の低下を抑制でき、かつ、ドライバビリティを確保できる。

また、本実施例では、制御部２５は、アシスト機能を禁止するスリップ率閾値（２０％）を、ＥＶ走行機能を禁止するスリップ率閾値（１０％）よりも高く、かつ、回生機能を禁止するスリップ率閾値（２５％）よりも低く設定している。

これにより、アシスト機能は回生機能のようにバッテリ４の充電をする機能ではないため、回生機能を禁止するスリップ率Ｒよりも低いスリップ率Ｒでアシスト機能を禁止するようにスリップ率閾値を設定することにより、ベルト１５の劣化の進行を抑制できる。

また、アシスト機能においては、ベルトスリップの発生によりモータ３からエンジン２に伝達される駆動力が不足している場合であっても、エンジン２によって駆動力を補うことができる。このため、ＥＶ走行機能のようにベルトスリップ時に駆動力不足は生じることがない。そのため、ＥＶ走行機能よりも高いスリップ率Ｒでアシスト機能を禁止するようにスリップ率閾値を設定したことで、燃費の低下を抑制できる。この結果、燃費性能の低下を抑制でき、かつ、ドライバビリティを確保できる。

また、本実施例では、制御部２５は、スリップ率Ｒが、ＥＶ走行機能を禁止するスリップ率閾値（１０％）以上となった場合は、スリップ率Ｒに基づいてモータ３の出力（駆動トルク）を補正する。

これにより、ＥＶ走行機能を禁止した場合はスリップ率Ｒに基づいてモータ３の出力を補正し、例えばスリップにより損失する動力伝達を相殺するようにモータ３に適正な出力を発生させることができる。このため、ドライバビリティをより多く確保できる。

本発明の実施例を開示したが、当業者によっては本発明の範囲を逸脱することなく変更が加えられうることは明白である。すべてのこのような修正および等価物が次の請求項に含まれることが意図されている。

１ 車両（ハイブリッド車両）
２ エンジン
３ モータ
１０ 出力軸
１３ 回転軸
１５ ベルト
２５ 制御部

Claims (5)

1. エンジンの出力軸とモータの回転軸とに巻き掛けられたベルトと、
   前記エンジンおよび前記モータに対して制御を行う複数の機能を有し、前記複数の機能のうち禁止する機能を前記ベルトのスリップ状態量に応じて決定する制御部と、を備えるハイブリッド車両であって、
   前記複数の機能は、
   前記モータの出力のみで車両を走行させるＥＶ走行機能と、
   前記モータにより前記車両の運動エネルギーを電気エネルギーに変換する回生機能と、を含み、
   前記制御部は、
   前記ＥＶ走行機能を禁止するスリップ状態量閾値を、前記回生機能を禁止するスリップ状態量閾値より低く設定していることを特徴とするハイブリッド車両。
2. 前記複数の機能は、前記エンジンの出力を用いて前記モータを発電させる通常発電機能を含み、
   前記制御部は、
   前記回生機能を禁止した場合であっても前記通常発電機能は許可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両。
3. 前記複数の機能は、前記エンジンを自動停止させる自動停止機能を含み、
   前記制御部は、前記自動停止機能を禁止するスリップ状態量閾値を、前記ＥＶ走行機能を禁止するスリップ状態量閾値よりも高く設定していることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のハイブリッド車両。
4. 前記複数の機能は、前記モータが前記エンジンの出力をアシストするアシスト機能を含み、
   前記制御部は、
   前記アシスト機能を禁止するスリップ状態量閾値を、前記ＥＶ走行機能を禁止するスリップ状態量閾値よりも高く、かつ、前記回生機能を禁止するスリップ状態量閾値よりも低く設定していることを特徴とする請求項１から請求項３の何れか１項に記載のハイブリッド車両。
5. 前記制御部は、
   前記スリップ状態量が、前記ＥＶ走行機能を禁止するスリップ状態量閾値以上となった場合は、前記スリップ状態量に基づいて前記モータの出力を補正することを特徴とする請求項１から請求項４の何れか１項に記載のハイブリッド車両。

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