JP7272130B2

JP7272130B2 - 四輪駆動ハイブリッド車両

Info

Publication number: JP7272130B2
Application number: JP2019111689A
Authority: JP
Inventors: 晃弘久野
Original assignee: Suzuki Motor Corp
Current assignee: Suzuki Motor Corp
Priority date: 2019-06-17
Filing date: 2019-06-17
Publication date: 2023-05-12
Anticipated expiration: 2039-06-17
Also published as: JP2020203553A

Description

本発明は、四輪駆動ハイブリッド車両に関する。

特許文献１には、ＳＯＣ回復指示スイッチがオンされると、制動要求時に後輪に接続されたモータＭＧ３が回生駆動されるハイブリッド車両が開示されている。

特開２０１７－１５４６４０号公報

特許文献１に記載の技術は、制動要求時の制動力を油圧ブレーキと回生制動とで負担するものであり、その際の回生制動力について、モータＭＧ３による回生制動と前輪に接続されたモータＭＧ２による回生制動とをＳＯＣ回復指示スイッチの状態に応じて制御するものである。

すなわち、特許文献１に記載の技術は、制動力が必要とされる場合における制動力の分担に関してモータＭＧ３の回生制動を制御するものである。

しかしながら、バッテリの状態やユーザの要求によっては、加速状態等の非制動制御時であっても、バッテリを充電する必要がある場合がある。特許文献１には、非制動制御時における後輪モータの回生制御や車両の挙動安定については何ら記載されておらず、この点について課題があった。

そこで、本発明は、車両挙動が悪化することを抑制しつつ、ユーザの要求に応じて効率的にバッテリを充電することができる四輪駆動ハイブリッド車両を提供することを目的としている。

上記課題を解決するため本発明は、前輪または後輪のうち一方を駆動するエンジンと、前記前輪または前記後輪のうち他方を駆動する第１モータと、前記第１モータに電力を供給するバッテリと、ユーザによる前記バッテリの充電要求の有無を検出する充電要求検出部と、前記充電要求検出部によって前記バッテリの充電要求が検出されており、かつ自車両の挙動の安定度が所定値以上であることを条件として、前記エンジンの出力を増加させ、かつ前記エンジンの出力増加分に対応する発電量で前記第１モータによる回生発電を行なわせる制御部と、を備えるものである。

このように、本発明によれば、車両挙動が悪化することを抑制しつつ、ユーザの要求に応じて効率的にバッテリを充電することができる。

図１は、本発明の一実施例に係る四輪駆動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四輪駆動ハイブリッド車両の操舵角または操舵角の変化量から安定度を求めるマップの例を示す図である。図３は、本発明の一実施例に係る四輪駆動ハイブリッド車両の車速から安定度を求めるマップの例を示す図である。図４は、本発明の一実施例に係る四輪駆動ハイブリッド車両のモータジェネレータの発電量の制御例を示す図である。図５は、本発明の一実施例に係る四輪駆動ハイブリッド車両のチャージモード制御処理の手順を示すフローチャートである。

本発明の一実施の形態に係る四輪駆動ハイブリッド車両は、前輪または後輪のうち一方を駆動するエンジンと、前輪または後輪のうち他方を駆動する第１モータと、第１モータに電力を供給するバッテリと、ユーザによるバッテリの充電要求の有無を検出する充電要求検出部と、充電要求検出部によってバッテリの充電要求が検出されており、かつ自車両の挙動の安定度が所定値以上であることを条件として、エンジンの出力を増加させ、かつエンジンの出力増加分に対応する発電量で第１モータによる回生発電を行なわせる制御部と、を備えるよう構成されている。

これにより、本発明の一実施の形態に係る四輪駆動ハイブリッド車両は、車両挙動が悪化することを抑制しつつ、ユーザの要求に応じて効率的にバッテリを充電することができる。

以下、図面を参照して、本発明の実施例に係る四輪駆動ハイブリッド車両について詳細に説明する。

図１に示すように、四輪駆動ハイブリッド車両１（以下、単に「車両１」ともいう）は、エンジン２と、トランスミッション３と、第１モータとしてのモータジェネレータ４と、第１の車輪としての前輪５と、第２の車輪としての後輪６と、エンジン２を制御するＥＣＭ（Engine Control Module）１１と、トランスミッション３を制御するＴＣＭ（Transmission Control Module）１２と、制御部としてのＶＣＭ（Vehicle Control Module）１３と、を含んで構成されている。

本実施例の車両１は、エンジン２の動力によって前輪５を駆動し、モータジェネレータ４の動力によって後輪６を駆動し、エンジン２とモータジェネレータ４との駆動力の配分を調整することによって二輪駆動又は四輪駆動を切り換えることができる。なお、本実施例では、エンジン２が前輪５、モータジェネレータ４が後輪６をそれぞれ駆動する構成としたが、これと反対に、エンジン２が後輪６、モータジェネレータ４が前輪５をそれぞれ駆動する構成としてもよい。

エンジン２には、複数の気筒が形成されている。本実施例において、エンジン２は、各気筒に対して、吸気行程、圧縮行程、膨張行程および排気行程からなる一連の４行程を行なうように構成されている。

エンジン２には、第２モータとしてのＩＳＧ（Integrated Starter Generator）２０が連結されている。ＩＳＧ２０は、図示しないベルト等の動力伝達部材を介してエンジン２のクランクシャフトに連結されている。ＩＳＧ２０は、第１のインバータ２１を介してバッテリ８及び第２のインバータ４１に接続されている。

ＩＳＧ２０は、バッテリ８から電力が供給されることにより回転することでエンジン２を回転駆動させる電動機の機能と、エンジン２の駆動によってクランクシャフトから入力された回転力を電力に変換する発電機の機能とを有する。

ＩＳＧ２０は、エンジン２の駆動によって発電した電力をバッテリ８又は第２のインバータ４１に供給、若しくはバッテリ８及び第２のインバータ４１の双方に供給することが可能となっている。ＩＳＧ２０は、モータジェネレータ４よりも最大出力が小さい構成となっている。

トランスミッション３は、クラッチを内蔵し、エンジン２から出力された回転を複数の変速段のいずれかに応じた変速比で変速して出力する自動変速機によって構成されている。本実施例の自動変速機としては、変速段の切替操作とクラッチ操作とを自動で行う、ＡＭＴ（Automated Manual Transmission）を用いることができる。トランスミッション３は、ドライブシャフト３１を介して左右の前輪５を駆動する。

トランスミッション３で成立可能な変速段としては、例えば１速段から４速段までの走行用の変速段と、後進段とがある。走行用の変速段の段数は、車両１の諸元により異なり、上述の１速段から４速段に限られるものではない。

モータジェネレータ４は、ドライブシャフト６１を介して左右の後輪６に連結されている。モータジェネレータ４は、第２のインバータ４１に接続されている。第２のインバータ４１には、バッテリ８が接続されている。バッテリ８は、第２のインバータ４１を介してモータジェネレータ４に電力を供給する。

モータジェネレータ４は、バッテリ８から供給される電力によって駆動する電動機としての機能と、後輪６から入力される逆駆動力によって発電を行なう発電機としての機能とを有する。

バッテリ８は、例えばリチウムイオン電池などの二次電池によって構成されている。バッテリ８は、ＩＳＧ２０やモータジェネレータ４の発電によって充電されるほか、外部電源９０によって充電器９を介して充電されるようになっている。なお、車両１は、外部電源９０による充電を行わない構成としてもよい。この場合、車両１は、充電器９を有さない。

バッテリ８には、バッテリセンサ８１が設けられている。バッテリセンサ８１は、バッテリ８の充放電電流や電圧を検出してＶＣＭ１３に出力する。ＶＣＭ１３は、バッテリセンサ８１から入力された検出結果に基づき、バッテリ８の充電状態、すなわちＳＯＣ（State Of Charge）を算出する。なお、車両１に、バッテリ８を管理するＢＭＳ（Battery Management System）が設けられる場合には、ＢＭＳにおいてＳＯＣを算出し、算出したＳＯＣをＢＭＳからＶＣＭ１３に送信する構成であってもよい。

ＥＣＭ１１、ＴＣＭ１２及びＶＣＭ１３は、それぞれＣＰＵ（Central Processing Unit）と、ＲＡＭ（Random Access Memory）と、ＲＯＭ（Read Only Memory）と、バックアップ用のデータなどを保存するフラッシュメモリと、入力ポートと、出力ポート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。

これらのコンピュータユニットのＲＯＭには、各種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ＥＣＭ１１、ＴＣＭ１２及びＶＣＭ１３としてそれぞれ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、ＣＰＵがＲＡＭを作業領域としてＲＯＭに格納されたプログラムを実行することにより、これらのコンピュータユニットは、本実施例におけるＥＣＭ１１、ＴＣＭ１２及びＶＣＭ１３としてそれぞれ機能する。

本実施例において、ＥＣＭ１１は、ＶＣＭ１３に接続されており、ＶＣＭ１３からの指令に応じてエンジン２を制御する。ＥＣＭ１１には、クランク角センサ２３が接続されている。ＥＣＭ１１は、クランク角センサ２３からの検出情報に基づきエンジン回転数を算出する。

ＴＣＭ１２は、ＶＣＭ１３に接続されており、ＶＣＭ１３からの指令に応じてトランスミッション３を制御する。ＴＣＭ１２には、車速センサ１０１が接続されている。ＴＣＭ１２は、車速センサ１０１から入力された車速を示す情報をＶＣＭ１３に送信する。車速センサ１０１は、例えば、トランスミッション３の出力軸の回転数を検出している。

ＶＣＭ１３は、ＥＣＭ１１、ＴＣＭ１２及び第２のインバータ４１に接続されている。ＶＣＭ１３には、ノーマルモードスイッチ１０３、ＥＶモードスイッチ１０４、４ＷＤモードスイッチ１０５、充電要求検出部としてのチャージモードスイッチ１１１の各種スイッチ類が接続されている。

ノーマルモードスイッチ１０３は、車両１の走行モードとして、エンジン２の駆動による二輪駆動状態を維持しつつ、必要に応じて四輪駆動状態に切り替えるノーマルモードを選択するためのスイッチである。

ＥＶモードスイッチ１０４は、車両１の走行モードとして、モータジェネレータ４による二輪駆動状態を維持しつつ、必要に応じて四輪駆動状態に切り替えるＥＶモードを選択するためのスイッチである。

４ＷＤモードスイッチ１０５は、車両１の走行モードとして、エンジン２及びモータジェネレータ４の双方を常時駆動して四輪駆動状態を維持する４ＷＤモードを選択するためのスイッチである。

チャージモードスイッチ１１１は、バッテリ８の充電を積極的に行なうチャージモードを選択するためのスイッチである。

また、ＶＣＭ１３には、アクセルセンサ１０６、左右の前輪５の車輪速センサ１０７、左右の後輪６の車輪速センサ１０８、ヨーレートセンサ１０９及びステアリングセンサ１１０等の各種センサ類が接続されている。

アクセルセンサ１０６は、運転者による図示しないアクセルペダルの踏み込み量をアクセル開度として検出する。車輪速センサ１０７及び車輪速センサ１０８は、左右の前輪５及び左右の後輪６それぞれの回転速度を検出する。ヨーレートセンサ１０９は、車両１のヨーレートを検出する。ステアリングセンサ１１０は、不図示のハンドルの操舵角を検出する。

ＶＣＭ１３は、チャージモードスイッチ１１１によりチャージモードが選択され、ユーザからの充電要求がある場合、車両１の挙動の安定度が所定値以上であると推定されたことを条件として、エンジン２の出力を増加させ、かつエンジン２の出力増加分に対応する発電量でモータジェネレータ４による回生発電を行なう。なお、バッテリ８のＳＯＣが所定値αより小さいときのみ、車両１の挙動の安定度が所定値以上であると推定されたことを条件として、エンジン２の出力を増加させ、かつエンジン２の出力増加分に対応する発電量でモータジェネレータ４による回生発電を行なうようにしてもよい。

ＶＣＭ１３は、例えば、ハンドルの操舵角または操舵角の変化量に基づいて車両１の挙動の安定度を算出する。車両１の挙動の安定度は、例えば、ハンドルの操舵角または操舵角の変化量が大きいほど小さい値にする。車両１の挙動の安定度は、例えば、図２に示すマップに基づいて算出される。

ＶＣＭ１３は、例えば、車速に基づいて車両１の挙動の安定度を算出してもよい。車両１の挙動の安定度は、例えば、車速が高速なほど小さい値にする。車両１の挙動の安定度は、例えば、図３に示すマップに基づいて算出される。

車両１の挙動の安定度は、図２または図３のマップのいずれかにより決定してもよいし、マップ毎の安定度を１以下の係数として、各マップで求められた安定度を掛け合わせて安定度としてもよい。また、例えば、操舵角と車速の組み合わせによって安定度が決まるようなマップを用いてもよい。

また、図２のマップと図３のマップとにより安定度を求める場合、縦軸の安定度の値は、ゼロから１でなくてもよく、例えば、0.5から１などでもよい。要するに、操舵角と車速の各々の影響をどの程度重くするかによって縦軸の値の範囲を決めるようにすればよい。

また、車両１の挙動の安定度は、ヨーレートセンサ１０９の検出するヨーレートや左右輪の回転速度差などから算出してもよい。この場合、ヨーレート、左右輪の回転速度差ともに、大きいほど安定度を小さくする。

ＶＣＭ１３は、チャージモードスイッチ１１１によりチャージモードが選択されていて、車両１の挙動の安定度が所定値以上である場合、車両１の挙動の安定度が大きくなるほどエンジン２の出力増加量及びモータジェネレータ４による発電量を大きくする。

ＶＣＭ１３は、チャージモードスイッチ１１１によりチャージモードが選択されていない場合、または、チャージモードスイッチ１１１によりチャージモードが選択されているが車両１の挙動の安定度が所定値より小さい場合、モータジェネレータ４による回生発電を禁止して、ＩＳＧ２０による発電を実行させる。

ＶＣＭ１３は、例えば、図４に示すようにモータジェネレータ４の発電量を制御する。図４に示すように、車両１の挙動の安定度が所定値になるまでは、ＩＳＧ２０による発電が実行されモータジェネレータ４による発電は実行されない。車両１の挙動の安定度が所定値となった場合、モータジェネレータ４による発電が行なわれるが、このときの発電量は、例えば、車両１の挙動の安定度が所定値になるまでのＩＳＧ２０による発電量と同等以上の発電量とすることが好ましい。

車両１の挙動の安定度が所定値以上となった場合、車両１の挙動の安定度が大きくなるほどエンジン２の出力増加量を大きくしてモータジェネレータ４による発電量を大きくする。

以上のように構成された本実施例に係る車両１におけるチャージモード制御処理について、図５を参照して説明する。なお、以下に説明するチャージモード制御処理は、ＶＣＭ１３が動作を開始すると開始され、予め設定された時間間隔で実行される。

ステップＳ１において、ＶＣＭ１３は、チャージモードスイッチ１１１によりチャージモードが選択され充電要求が有るか否かを判定する。

充電要求が有ると判定した場合、ステップＳ２において、ＶＣＭ１３は、バッテリ８のＳＯＣが所定値αより小さいか否かを判定する。

バッテリ８のＳＯＣが所定値αより小さいと判定した場合、ステップＳ３において、ＶＣＭ１３は、車両１の挙動の安定度が所定値以上であるか否かを判定する。

車両１の挙動の安定度が所定値以上であると判定した場合、ステップＳ４において、ＶＣＭ１３は、後輪６から入力される逆駆動力によってモータジェネレータ４により発電を行なう後輪発電モードを許可する。

ステップＳ５において、ＶＣＭ１３は、車両１の挙動の安定度に応じてエンジン２のトルクを増加させる。

ステップＳ６において、ＶＣＭ１３は、エンジン２の出力増加分に対応する発電量でモータジェネレータ４により発電を行なわせる。

ステップＳ７において、ＶＣＭ１３は、バッテリ８のＳＯＣが所定値α以上となり充電が終了したか否かを判定する。充電が終了していないと判定した場合、ＶＣＭ１３は、ステップＳ１に処理を戻して処理を繰り返す。
充電が終了したと判定した場合、ＶＣＭ１３は、処理を終了する。

ステップＳ１において充電要求が無いと判定した場合、または、ステップＳ２においてバッテリ８のＳＯＣが所定値αより小さくないと判定した場合、または、ステップＳ３において車両１の挙動の安定度が所定値以上でないと判定した場合、ステップＳ８において、ＶＣＭ１３は、後輪発電モードを禁止する。

ステップＳ９において、ＶＣＭ１３は、ＩＳＧ２０による発電を行なわせ、処理を終了する。

このように、本実施例では、チャージモードスイッチ１１１によりチャージモードが選択された場合、車両１の挙動の安定度が所定値以上であると推定されたことを条件として、エンジン２の出力を増加させ、かつエンジン２の出力増加分に対応する発電量でモータジェネレータ４による回生発電を行なう。

これにより、充電要求がある場合は、車両挙動が安定していることを条件として、エンジン２の出力を増加させ、その分後輪６に接続されたモータジェネレータ４で回生発電させるため、車両挙動が悪化することを抑制しつつ効率的にバッテリ８を充電することができる。

また、車両１の挙動の安定度は、ハンドルの操舵角または操舵角の変化量が大きいほど小さい値にする。

これにより、大きく操舵または急な操舵が行なわれていない場合にエンジン２の出力を増加させ、その分後輪６に接続されたモータジェネレータ４で回生発電させるため、車両１が急旋回中に前後輪のトルクバランスが大きく変化して車両挙動が悪化することを抑制しつつ、効率的にバッテリ８を充電することができる。

また、チャージモードスイッチ１１１によりチャージモードが選択されていない場合、または、チャージモードスイッチ１１１によりチャージモードが選択されているが車両１の挙動の安定度が所定値より小さい場合、モータジェネレータ４による回生発電を禁止して、ＩＳＧ２０による発電を実行する。

これにより、充電要求があり、かつ車両挙動が安定している場合はエンジン２の出力増加とモータジェネレータ４での回生発電を行ない、そうでない場合は、エンジン２に接続され、モータジェネレータ４よりも最大出力の小さいＩＳＧ２０で発電するため、車両挙動が悪化することを抑制しつつ効率的にバッテリ８を充電することができる。また、車両挙動が悪化しそうな場合は、ＩＳＧ２０によってモータジェネレータ４よりも小さな電力で充電することで、車両挙動の悪化を抑制しつつバッテリ８を充電することができる。

また、チャージモードスイッチ１１１によりチャージモードが選択されていて、車両１の挙動の安定度が所定値以上である場合、車両１の挙動の安定度が大きくなるほどエンジン２の出力増加量及びモータジェネレータ４による発電量を大きくする。

これにより、車両１の安定度が大きいほど、エンジン２の出力増加量とモータジェネレータ４による発電量を大きくし、すなわち前後輪の駆動力差が大きくなることを許容し、車両挙動の悪化を抑制しつつ効率的に発電することができる。

本実施例では、各種センサ情報に基づきＥＣＭ１１、ＴＣＭ１２及びＶＣＭ１３が各種の判定や算出を行なう例について説明したが、これに限らず、車両１が外部サーバ等の車外装置と通信可能な通信部を備え、該通信部から送信された各種センサの検出情報に基づき車外装置によって各種の判定や算出が行なわれ、その判定結果や算出結果を通信部で受信して、その受信した判定結果や算出結果を用いて各種制御を行なってもよい。

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及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。

１四輪駆動ハイブリッド車両（車両）
２エンジン
４モータジェネレータ（第１モータ）
５前輪
６後輪
８バッテリ
１３ＶＣＭ（制御部）
２０ＩＳＧ（第２モータ）
８１バッテリセンサ
１０１車速センサ
１０７車輪速センサ
１０８車輪速センサ
１０９ヨーレートセンサ
１１０ステアリングセンサ
１１１チャージモードスイッチ（充電要求検出部）

Claims

前輪または後輪のうち一方を駆動するエンジンと、
前記前輪または前記後輪のうち他方を駆動する第１モータと、
前記第１モータに電力を供給するバッテリと、
ユーザによる前記バッテリの充電要求の有無を検出する充電要求検出部と、
前記充電要求検出部によって前記バッテリの充電要求が検出されており、かつ自車両の挙動の安定度が所定値以上であることを条件として、前記エンジンの出力を増加させ、かつ前記エンジンの出力増加分に対応する発電量で前記第１モータによる回生発電を行なわせる制御部と、を備える四輪駆動ハイブリッド車両。
前記制御部は、操舵角または操舵角の変化量が大きいほど前記安定度を小さくする請求項１に記載の四輪駆動ハイブリッド車両。
前記エンジンの動力によって前記バッテリを充電することが可能であり、前記第１モータよりも最大出力が小さい第２モータを備え、
前記制御部は、前記充電要求検出部によって前記バッテリの充電要求が検出されない場合、または前記充電要求検出部によって前記バッテリの充電要求が検出されているが前記安定度が所定値未満である場合には、前記第１モータによる回生発電を禁止して前記第２モータによる発電を行なわせる請求項１または請求項２に記載の四輪駆動ハイブリッド車両。
前記制御部は、前記充電要求検出部によって前記バッテリの充電要求が検出されており、かつ前記安定度が所定値以上である場合、前記安定度が大きくなるほど前記エンジンの出力増加量及び前記第１モータの発電量を大きくする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の四輪駆動ハイブリッド車両。