JP7369350B2 - 車両の電源制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、車両の電源制御装置に関し、特に、エンジンの動力に基づいて変速機を介して車輪を駆動する車両に搭載され、上記エンジンの動力により発電を行う車両の電源制御装置に関する。

特開２００４－２３９８５号公報（特許文献１）には、車両のハイブリッドシステムが記載されている。この車両のハイブリッドシステムは、入力軸の回転を変速する変速機と、エンジンと変速機を断続するクラッチと、回転電機と、回転電機からの電力を蓄える蓄電要素と、を備えている。このようなハイブリッドシステムにおいて、エンジンが運転状態かつ変速機がニュートラル、かつクラッチが接続されている状態では、駆動系に歯打ち音（ガラ音）が発生してしまう。このような歯打ち音は、空転状態のギヤに対して、トルク変動のある駆動力が伝達されることにより発生する。

特許文献１記載の車両のハイブリッドシステムにおいては、蓄電要素への充電が必要ない場合には、回転電機を所定の目標トルクに制御することにより、歯打ち音の発生を抑制している。即ち、特許文献１記載の車両のハイブリッドシステムにおいては、エンジン回転速度の検出値から現在のエンジントルク値を求め、現在のエンジントルク値とマップデータに基づく負荷なし時のエンジントルク値との差に相当するトルク値を所定の目標トルクに設定している。

特開２００４－２３９８５号公報

しかしながら、特許文献１記載の車両のハイブリッドシステムにおいては、回転電機により発電を行っている状況では、歯打ち音を抑制することができないという問題がある。また、特許文献１記載の発明において、発電が必要な状況では、回転電機による発電量を制限し、発電に基づいてエンジンに作用する負荷トルクを低減して歯打ち音を抑制することが考えられる。しかしながら、このような対応では、必要にして十分な電力を生成することができないという問題がある。

従って、本発明は、十分な発電量を確保しながら、歯打ち音を抑制することができる車両の電源制御装置を提供することを目的としている。

上述した課題を解決するために、本発明は、エンジンの動力に基づいて変速機を介して車輪を駆動する車両に搭載され、エンジンの動力により発電を行う車両の電源制御装置であって、エンジンの動力により発電する回転電気機械と、この回転電気機械により生成された電力を蓄積する蓄電装置と、回転電気機械による発電量を制御する制御ユニットと、を有し、制御ユニットは回転電気機械による発電量を制限するように構成されると共に、車両の変速機がニュートラルである場合においては、車両の車速が高いときは、車両の車速が低いときよりも、発電量の上限値を高く設定すると共に、制御ユニットは、エンジンの回転数が所定の共振回転数帯域内にある場合には、所定の共振回転数帯域外にある場合よりも、発電量の上限値を低く設定することを特徴している。

このように構成された本発明においては、回転電気機械がエンジンの動力により発電を行い、生成された電力が蓄電装置に蓄積される。制御ユニットは、回転電気機械による発電量を制限するように構成されており、変速機がニュートラルである場合に、車両の車速が高いときは、車速が低いときよりも、発電量の上限値を高く設定する。

歯打ち音は、変速機がニュートラルにされた状態において、回転電気機械により発電を行い、発電によってエンジンに大きな負荷トルクを与えると発生することが知られている。即ち、発電によってエンジンに負荷トルクを与えると、エンジンのトルク変動が大きくなり、これがニュートラルにされた変速機の遊動ギヤに歯打ち音を発生させる。この問題は、車両の停車中の他、車両の走行中において変速機がニュートラルにされた場合に、特に顕著であることが本件発明者により見出された。一方、歯打ち音は、仮に発生していたとしても、車両の走行速度が高い場合には、エンジン音や、走行音にマスクされるため、乗員によって認識されることが少ないことも見出された。そこで、本発明においては、制御ユニットが、回転電気機械による発電量を制限することにより、変速機がニュートラルにされた状態において、歯打ち音が発生しにくいようにしている。加えて、車両の車速が高いときは、車速が低いときよりも、制限される発電量の上限値を高く設定することにより、回転電気機械による発電量を十分に確保しながら、歯打ち音により乗員に不快感を与えにくくしている。

発生する歯打ち音は、ギヤの歯が当たる際に発生する音が直接認識されることは少なく、ギヤの歯が当たる際に発生する振動が、車両に搭載された何らかの部材を振動させ、加振された部材が共振したときに、大きな歯打ち音として認識されることが本件発明者により見出された。例えば、ギヤの歯が当たることにより、変速機に接続されたシフトケーブルが共振し、これが大きな歯打ち音として車両の乗員に認識される場合があることが本件発明者により見出された。即ち、エンジンの回転によりギヤの歯が当たることにより、車両に搭載された部材が、エンジンの回転数に応じた所定の周波数で加振され、加振された部材が共振すると大きな歯打ち音が発生する。上記のように構成された本発明によれば、エンジンの回転数が所定の共振回転数帯域内にある場合に、発電量の上限値が低く設定される。このため、共振回転数帯域外のエンジン回転数であれば、回転電気機械によって、エンジンに大きな負荷を与えることが可能であり、十分な発電量を確保することができる。

本発明において、好ましくは、制御ユニットは、車両に搭載された電気負荷の消費電力に基づいて、回転電気機械に対する最小要求発電量を算出するように構成され、発電量の上限値が最小要求発電量以下に低下した場合でも、回転電気機械に最小要求発電量の電力を生成させる。

このように構成された本発明によれば、車両に搭載された電気負荷の消費電力に基づいて最小要求発電量が算出され、発電量の上限値が最小要求発電量以上である場合には、上限値以下の電力が回転電気機械により発電される。また、発電量の上限値が最小要求発電量以下に低下した場合でも、最小要求発電量の電力が生成される。このため、電気負荷によって要求された最小限の電力を常に確保することができ、電力不足に陥るのを回避することができる。

本発明において、好ましくは、所定の共振回転数帯域は、車両の変速機を切り替えるためのシフトケーブルが共振する回転数帯域に設定されている。
シフトケーブルは、変速機に機械的に接続されていると共に、構造的に強い共振を起こしやすい。上記のように構成された本発明によれば、発電量の上限値を低く設定する共振回転数帯域が、シフトケーブルが共振する回転数帯域に設定されているので、シフトケーブルの共振を効果的に抑制することができ、十分な発電量を確保しながら、歯打ち音を抑制することができる。

本発明において、好ましくは、制御ユニットは、車両の走行中に変速機がニュートラルに切り替えられた状態において、発電量の上限値を設定するように構成されている。

停車中におけるエンジンのアイドリング回転数は、通常、所定の範囲内にあり、この回転数の範囲内において共振する部材がなければ、大きな歯打ち音が発生することはない。上記のように構成された本発明によれば、車両の走行中に変速機がニュートラルに切り替えられた場合に発電量の上限値が設定されるので、停車中には、常に十分な発電量を確保することができ、蓄電装置の蓄電量が欠乏するリスクを軽減することができる。

本発明の車両の電源制御装置によれば、十分な発電量を確保しながら、歯打ち音を抑制することができる。

本発明の実施形態による車両の電源制御装置が適用されたハイブリッド車両の全体構成を概略的に示すブロック図である。 本発明の実施形態による車両の電源制御装置の電気的構成を概略的に示すブロック図である。 本発明の実施形態による車両の電源制御装置の作用を示すフローチャートである。 本発明の実施形態による車両の電源制御装置の作用の一例を示すタイムチャートである。 歯打ち音の発生のメカニズムを模式的に示す図である。 本発明の実施形態による車両の電源制御装置における発電量の上限値を設定するための車速補正係数を示すマップである。 本発明の実施形態による車両の電源制御装置における発電量の上限値を設定するための回転数補正係数を示すマップである。

次に、添付図面を参照して、本発明の実施形態による車両の電源制御装置を説明する。

［装置構成］
まず、本発明の実施形態による車両の電源制御装置に関する装置構成について説明する。図１は、本発明の実施形態による車両の電源制御装置が適用されたハイブリッド車両の全体構成を概略的に示すブロック図である。図１に示すように、ハイブリッド車両１は、エンジン１１と、ギヤ駆動式スタータ１２と、回転電気機械であるＩＳＧ（Integrated Starter Generator）１３と、高電圧蓄電装置であるキャパシタ１４と、ＤＣ－ＤＣコンバータ１７と、低電圧蓄電装置である鉛蓄電池１９と、低電圧電気負荷であるライト２０、電動パワーステアリングの駆動モータ２１、及びアクセサリ類２２と、を有する。

エンジン１１は、ハイブリッド車両１の駆動力を発生する内燃機関（ガソリンエンジンやディーゼルエンジン）である。エンジン１１の駆動力は、出力軸９、クラッチ２ａ、変速機であるトランスミッション２ｂ、減速機３及び駆動軸４を介して、車輪５に伝達される。エンジン１１の出力軸９には、ギヤを介してギヤ駆動式スタータ１２が連結されている。ギヤ駆動式スタータ１２は、ユーザによりイグニッションスイッチ（図示省略）がオンにされると、鉛蓄電池１９から供給される電力を用いて、エンジン１１を始動する。一方、エンジン１１がアイドリングストップから再始動される場合には、キャパシタ１４から供給される電力を用いて、ＩＳＧ１３がエンジン１１を再始動させる。また、ハイブリッド車両１は、ドライバによるブレーキペダルの操作に応じた制動力を車両１に付与するためのブレーキシステム７を有する。このブレーキシステム７は、例えば電動ブレーキにより構成される。

ＩＳＧ１３は、エンジン１１により駆動されて発電する発電機能と、ハイブリッド車両１の駆動力を発生する電動機能と、エンジン１１を再始動させる機能と、を備えるモータジェネレータである。ＩＳＧ１３は、ベルト８を介してエンジン１１の出力軸９に連結されている。また、ＩＳＧ１３は、キャパシタリレー６ａを介して、キャパシタ１４に電気的に接続されるようになっている。このキャパシタリレー６ａは、キャパシタ１４とＩＳＧ１３の接続、非接続を切り替えるリレー装置として機能する。通常走行時にはキャパシタリレー６ａは接続状態にされ、キャパシタ１４に不具合が生じた場合等に非接続状態に切り替えられる。

さらに、ＤＣ－ＤＣコンバータ１７には、バイパスリレー６ｂが並列に接続されている。通常時には、バイパスリレー６ｂは非接続状態にされており、キャパシタ１４はＤＣ－ＤＣコンバータ１７を介して鉛蓄電池１９に接続されている。また、ライト２０等の低電圧電気負荷の消費電力が増大して、ＩＳＧ１３及びキャパシタ１４側から鉛蓄電池１９に供給すべき電流が増大すると、ＤＣ－ＤＣコンバータ１７の能力を超える場合がある。このような場合には、バイパスリレー６ｂが接続状態に切り替えられ、ＩＳＧ１３の発電電流が直接鉛蓄電池１９に直接供給される。

また、ＩＳＧ１３は、発電機能により動作する際は、エンジン１１の出力軸９と連動して回転するロータを磁界中で回転させることにより発電を行う発電機として機能する。ＩＳＧ１３は、整流器（図示省略）を内蔵しており、この整流器を用いて、発電した交流電力を直流電力に変換する。ＩＳＧ１３の発電により生成された電力は、キャパシタ１４に供給されて充電される。他方で、ＩＳＧ１３は、電動機能により動作する際は、キャパシタ１４に充電された電力を用いて、ベルト８を介してエンジン１１の出力軸９を駆動する。なお、ＩＳＧ１３における発電機能による動作と電動機能による動作との切り替え時などにおいてベルト８のテンションを調整するために、振り子式可変張力テンショナー（デカップリング・オルタネータ・テンショナー）をベルト８に適用するのがよい。

鉛蓄電池１９は、直列接続された複数の鉛蓄電池を含む。また、本実施形態においては、キャパシタ１４が作動する電圧はＤＣ１２．５～２５Ｖであり、鉛蓄電池１９の公称電圧はＤＣ１２Ｖである。キャパシタ１４は急速な充放電が可能であるが、蓄電可能な容量を大きくすることが困難である。また、キャパシタ１４に蓄積されている蓄電量は、キャパシタ１４の端子間電圧（キャパシタ１４の電圧）に基づいて求めることができ、キャパシタ１４の電圧を蓄電量とすることができる。一方、鉛蓄電池１９は、化学反応によって電気エネルギーを蓄えるものであるため、急速な充放電には不向きであるが、充電容量を確保し易いため、比較的多量の電力を蓄えることができるという特性を有する。

ＤＣ－ＤＣコンバータ１７は、キャパシタ１４と鉛蓄電池１９との間に設けられている。ＤＣ－ＤＣコンバータ１７は、例えば、内蔵するスイッチング素子のオンオフスイッチングによって入力電圧を変化させて出力する。具体的には、ＤＣ－ＤＣコンバータ１７は、キャパシタ１４の出力電圧を降圧して鉛蓄電池１９側へ供給し、鉛蓄電池１９に充電する。例えば、ＤＣ－ＤＣコンバータ１７は、キャパシタ１４側から供給されるＤＣ２０Ｖ程度の電圧をＤＣ１２Ｖ程度に降圧して鉛蓄電池１９側へと出力する。

車両に搭載された低電圧電気負荷であるライト２０、電動パワーステアリングの駆動モータ２１、アクセサリ類２２等は、キャパシタ１４の電圧よりも低い、例えばＤＣ１２Ｖ程度の電圧で動作する電気負荷である。また、低電圧電気負荷には、ＩＳＧ１３の発電により生成されてキャパシタ１４に充電され、ＤＣ－ＤＣコンバータ１７により降圧された電力、及び鉛蓄電池１９に充電された電力の少なくともいずれかが供給される。また、低電圧電気負荷には、エアコンや、オーディオ機器なども含まれる。

［車両の電源制御装置の電気的構成］
次に、図２を参照して、本発明の実施形態による車両の電源制御装置の電気的構成を説明する。図２は、本発明の実施形態による車両の電源制御装置の電気的構成を概略的に示すブロック図である。

本実施形態においては、ハイブリッド車両１は、図２に示すような制御ユニットである制御器１０によって制御される。この制御器１０は、１つ以上のプロセッサ、当該プロセッサ上で解釈実行される各種のプログラム（ＯＳなどの基本制御プログラムや、ＯＳ上で起動され特定機能を実現するアプリケーションプログラムを含む）、及びプログラムや各種のデータを記憶するためのＲＯＭやＲＡＭの如き内部メモリを備えるコンピュータにより構成される。

具体的には、図２に示すように、制御器１０は、主に、車速センサ３０、エンジン回転数センサ３４、及び消費電力センサ１８のそれぞれによって検出されたパラメータに対応する検出信号が入力される。また、制御器１０には、クラッチ２ａの状態を表す信号、及びトランスミッション２ｂの状態を表す信号が入力される。車速センサ３０は、ハイブリッド車両１の車速を検出する。エンジン回転数センサ３４は、エンジン１１の回転数［ｒ．ｐ．ｍ］を検出する。また、消費電力センサ１８は、車両に搭載されたライト２０、電動パワーステアリングの駆動モータ２１、アクセサリ類２２等のハイブリッド車両１に搭載された電気機器の全消費電力を検出するように構成されている。例えば、ＤＣ－ＤＣコンバータ１７から鉛蓄電池１９、低電圧電気負荷等に供給される電流を検出することにより、消費電力を求めることができる。

さらに、クラッチ２ａは、クラッチ２ａが接続状態であるか、非接続状態であるかを表す信号を、制御器１０に出力するように構成されている。また、トランスミッション２ｂは、ニュートラルの状態にあるか、或いは何れの変速段に切り替えられているかを示す信号を、制御器１０に出力するように構成されている。制御器１０は、これらの信号に基づいて、ＩＳＧ１３が生成すべき発電量［Ｗ］を制御するように構成されている。具体的な発電量の制御については後述する。

また、制御器１０は、上述した各センサ１８、３０、３４からの検出信号、及びクラッチ２ａ及びトランスミッション２ｂからの信号に基づき、ＩＳＧ１３、ＤＣ－ＤＣコンバータ１７、キャパシタリレー６ａ、バイパスリレー６ｂ、及び低電圧電気負荷のそれぞれに対して制御信号を出力する。こうして、制御器１０は、ＩＳＧ１３の発電動作及び電動動作と、ＤＣ－ＤＣコンバータ１７による降圧動作と、低電圧電気負荷の駆動及び停止と、リレー６ａ、６ｂのオンオフと、を制御する。

典型的には、制御器１０は、燃費の改善などを目的としてハイブリッド車両１の運転状態に応じて規定された複数の制御を、少なくともＩＳＧ１３を用いて実行するよう構成されている。この複数の制御は、ハイブリッド車両１が加速するときに、ＩＳＧ１３から動力を発生させてエンジン１１による加速をアシストするための加速アシスト制御と、ハイブリッド車両１が減速するときに、ＩＳＧ１３を回生発電させる減速回生制御と、ハイブリッド車両１が停止したときにエンジン１１を自動停止させ、この後にハイブリッド車両１が発進するときにＩＳＧ１３から動力を発生させてエンジン１１を再始動させるアイドリングストップ制御と、を含む。さらに、制御器１０は、ＩＳＧ１３による発電量を制限することにより、トランスミッション２ｂにおける歯打ち音を抑制する歯打ち音抑制制御を実行するように構成されている。歯打ち音抑制制御の詳細については、後述する。

なお、本発明の実施形態による「車両の電源制御装置」は、主に、「回転電気機械」としてのＩＳＧ１３と、「蓄電装置」としてのキャパシタ１４又は鉛蓄電池１９と、「制御ユニット」としての制御器１０と、によって構成される。

［車両の電源制御装置の作用］
次に、図３乃至図７を参照して、本発明の実施形態による車両の電源制御装置の作用を説明する。
図３は、本発明の実施形態による車両の電源制御装置の作用を示すフローチャートである。図４は、本発明の実施形態による車両の電源制御装置の作用の一例を示すタイムチャートである。図５は、歯打ち音の発生のメカニズムを模式的に示す図である。図６は、本発明の実施形態による車両の電源制御装置における発電量の上限値を設定するための車速補正係数を示すマップである。図７は、本発明の実施形態による車両の電源制御装置における発電量の上限値を設定するための回転数補正係数を示すマップである。

なお、図４のタイムチャートは、上段から順に、車速、トランスミッション２ｂの状態、キャパシタ１４の端子間電圧、ＩＳＧ１３による発電量を時系列で示している。また、図３に示すフローチャートによる処理は、ハイブリッド車両１の作動中、制御器１０において、所定の時間間隔で繰り返し実行される。

まず、図３のステップＳ１においては、センサ等からの各種信号が、制御器１０に読み込まれる。ステップＳ１において読み込まれる信号には、車速センサ３０、エンジン回転数センサ３４、クラッチ２ａ、トランスミッション２ｂ、及び消費電力センサ１８からの信号が含まれている。なお、車速センサ３０はハイブリッド車両１の車速に関する信号を出力する。エンジン回転数センサ３４は、エンジン１１の回転数に関する信号を出力する。また、クラッチ２ａは、クラッチ２ａが接続されているか否かを示す信号を出力する。トランスミッション２ｂは、これがニュートラルにされているか否か、何れのギヤ段に切り替えられているかを示す信号を出力する。さらに、消費電力センサ１８は、ハイブリッド車両１に搭載されているライト２０等の電気負荷の消費電力の合計値を検出する。

次に、ステップＳ２においては、ハイブリッド車両１に搭載されているライト２０等の電気機器による電力消費量に基づいてキャパシタ１４の目標電圧が設定される。即ち、消費電力センサ１８の検出値に基づいて、電気機器を安定して作動させるために必要なキャパシタ１４の目標電圧が計算され、設定される。この目標電圧は、電気機器の作動を維持するために必要最小限の値に設定される。

さらに、ステップＳ３においては、ハイブリッド車両１が減速されているか否かが判断される。ハイブリッド車両１が減速されている場合にはステップＳ４に進み、減速されていない場合にはステップＳ５に進む。即ち、ハイブリッド車両１が減速されてない場合には、ステップＳ２において設定された目標電圧がそのまま維持される。図４に示すタイムチャートにおいては、時刻ｔ₀～ｔ₁の間において減速が行われていないため、目標電圧は一定に維持されている。

一方、ハイブリッド車両１が減速されている場合にはステップＳ４に進み、ここでは、キャパシタ１４の目標電圧が増加される。即ち、ハイブリッド車両１が減速され、停止した場合には、停車中にアイドリングストップを行うことが望ましい。しかしながら、アイドリングストップからエンジン１１を再始動する際には、ＩＳＧ１３（又はギヤ駆動式スタータ１２）により、エンジンのクランキングを行うため、所定の電力が必要となる。この再始動に要する電力を確保しておくために、車両が減速を始めると、制御器１０はキャパシタ１４の目標電圧を増加させ、キャパシタ１４の蓄電量を多くする。図４に示す例においては、時刻ｔ₁においてハイブリッド車両１が減速を開始したため、制御器１０は、一点鎖線で示すようにキャパシタ１４の目標電圧を増加させている。即ち、制御器１０は、キャパシタ１４の目標電圧を時刻ｔ₁から所定の変化率で増加させ、目標電圧は、アイドリングストップが可能な所定の電圧となるまで（図４の時刻ｔ₂まで）増加される。また、キャパシタ１４の電圧を上昇させる（蓄電量を増加させる）ために、ＩＳＧ１３による発電量も、時刻ｔ₁から増加されている。

次いで、ステップＳ５においては、ステップＳ２において設定されたキャパシタ１４の目標電圧、又は、ステップＳ４において増加されたキャパシタ１４の目標電圧を達成するために必要な、ＩＳＧ１３による発電量が計算される。このステップＳ５において計算された発電量は、ＩＳＧ１３に対する要求発電量となる。なお、ステップＳ２において設定された、車載電気機器を作動させるために必要な目標電圧の達成に要する発電量は、最小要求発電量に相当する。

さらに、ステップＳ６においては、ステップＳ１において読み込まれた信号に基づいて、クラッチ２ａが接続された状態であるか否かが判断される。クラッチ２ａが接続されている場合にはステップＳ７に進み、クラッチ２ａが接続されていない場合にはステップＳ１１に進む。ステップＳ１１において、制御器１０は、ステップＳ５において計算された要求発電量が生成されるよう、ＩＳＧ１３に指令信号を送信し、図３に示すフローチャートの１回の処理を終了する。即ち、クラッチ２ａが接続されていない状態では、エンジン１１のトルク変動がトランスミッション２ｂに伝わることがないため、トランスミッション２ｂにおける歯打ち音を抑制するための制御は実行されず、要求発電量がそのまま発電される。

一方、クラッチ２ａが接続されている場合にはステップＳ７に進み、ここでは、トランスミッション２ｂがニュートラルにされているか否かが判断される。トランスミッション２ｂがニュートラルにされていない場合には、ステップＳ１１に進み、図３に示すフローチャートの１回の処理を終了する。即ち、トランスミッション２ｂがニュートラルにされていない場合には、トランスミッション２ｂに空動ギヤがなく、駆動側のギヤと空動ギヤが当たることにより発生する歯打ち音は発生しない。従って、トランスミッション２ｂがニュートラルにされていない場合には、歯打ち音を抑制するための制御は実行されず、要求発電量がそのまま発電される。図４に示すタイムチャートにおいては、時刻ｔ₀～ｔ₁の間において、トランスミッション２ｂがニュートラルにされていないため、一定値の要求発電量が発電される。なお、時刻ｔ₀～ｔ₁においては、ステップＳ４における目標電圧の増加が行われていないため、要求発電量の値は最小要求発電量の値と等しくなる。

ここで、図５を参照して、歯打ち音の発生メカニズムを説明する。
図５に示すように、まず、エンジン１１の出力軸はクラッチ２ａの駆動軸に接続され、クラッチ２ａの従動軸はトランスミッション２ｂの入力軸に接続されている。このトランスミッション２ｂの出力によりハイブリッド車両１の車輪が駆動される。

一方、エンジン１１の出力軸９は、ベルト８を介してＩＳＧ１３の回転軸にも接続されている。ＩＳＧ１３が発電機として機能する場合には、エンジン１１の出力軸９の回転により、ＩＳＧ１３の回転軸が回転駆動され、ＩＳＧ１３により電力が生成される。即ち、エンジン１１からＩＳＧ１３に駆動トルクが付与され、この駆動トルクに基づいて発電が行われる。このため、ＩＳＧ１３による発電量［Ｗ］が大きい場合には、エンジン１１からＩＳＧ１３に付与すべき駆動トルクも大きくなる。一方、ＩＳＧ１３による発電が行われない場合にはエンジン１１からＩＳＧ１３に付与すべき駆動トルクは、実質的にＩＳＧ１３の回転軸の微少な回転抵抗のみとなる。従って、ＩＳＧ１３による発電量を設定することは、発電のためにＩＳＧ１３に付与するトルク（発電トルク）を設定することと等価である。また、ＩＳＧ１３が発電を行うと共に、クラッチ２ａが接続されている状態においては、エンジン１１が発生したトルクは、ＩＳＧ１３による発電、及びクラッチ２ａ、トランスミッション２ｂを介した車輪の駆動に使用される。

一方、トランスミッション２ｂがニュートラルにされている状態では、トランスミッション２ｂに内蔵されている一部のギヤが、軸に対して回転自在な遊動ギヤ３６となっている。また、この遊動ギヤ３６に対して、エンジン１１の出力トルクに基づいて回転駆動されるギヤ３８が噛み合っている。従って、トランスミッション２ｂがニュートラルの状態では、エンジン１１により回転駆動されているギヤ３８が遊動ギヤ３６を回転させているが、これが軸に対して回転自在であるため、動力が伝達されない。この状態において、エンジン１１の回転数やトルクに変動があると、ギヤ３８の歯と遊動ギヤ３６の歯が不規則にぶつかり、歯打ち音が発生する。

ここで、エンジン１１が発生しているトルクが微少である場合には、エンジン１１の回転数やトルクの変動は少なく、歯打ち音は発生しにくい。これに対し、エンジン１１が発生するトルクが増大すると、回転数やトルクの変動が大きくなり、歯打ち音が発生しやすくなる。また、トランスミッション２ｂがニュートラルにされた状態であっても、ＩＳＧ１３による発電量を多くすると、エンジン１１は大きな発電トルクを発生させる必要があり、エンジン１１の回転数やトルクの変動が大きくなる。このため、クラッチ２ａが接続され、トランスミッション２ｂがニュートラルにされた状態で、ＩＳＧ１３の発電量を多くする（発電トルクを大きくする）と、エンジン１１の回転数やトルクの変動が大きくなり、歯打ち音が発生しやすい。

しかしながら、本件発明者は、ギヤ３８の歯と遊動ギヤ３６の歯が不規則にぶつかる状態であっても、必ずしも大きな歯打ち音が発生し、ハイブリッド車両１の乗員によって認識されるものではないことを見出した。即ち、ギヤ３８と遊動ギヤ３６の歯が不規則にぶつかっていたとしても、必ずしも大きな歯打ち音が発生するわけではない。ギヤの歯がぶつかることによって発生する振動が、ハイブリッド車両１に搭載されている何らかの部材を共振させることにより、大きな歯打ち音が発生し、これが乗員に騒音として不快感を与えることになる。また、同じ歯打ち音が発生していたとしても、ハイブリッド車両１の走行音等、他の騒音が大きな環境では、歯打ち音の発生は乗員によって認識されにくい。

また、本件発明者は、ギヤ３８と遊動ギヤ３６の歯がぶつかることにより発生する振動は、トランスミッション２ｂに接続されているシフトケーブル４０を共振させやすいことを見出した。シフトケーブル４０は、一般に、トランスミッション２ｂに機械的に接続されていると共に、比較的振動しやすい状態で車体に取り付けられる。一例として、エンジン１１回転数が１２００［ｒｐｍ］程度の回転数で、シフトケーブル４０の共振を引き起こしやすいことが見出された。即ち、クラッチ２ａが接続され、トランスミッション２ｂがニュートラルにされた状態で、エンジン１１が１２００［ｒｐｍ］程度で運転されると、シフトケーブル４０が共振し、大きな歯打ち音が乗員によって認識される。歯打ち音は、このような所定の共振回転数Ｎ_rにおいて最も大きくなり、回転数の低下と共に少しずつ低下する。また、共振回転数Ｎ_rよりも回転数が高い領域では、歯打ち音は急激に低下する。

次に、図３のステップＳ８においては、ＩＳＧ１３による発電量の上限値（発電トルクの上限値と等価）が計算される。即ち、クラッチ２ａが接続され（ステップＳ６→Ｓ７）、トランスミッション２ｂがニュートラルにされ（ステップＳ７→Ｓ８）た状態では、歯打ち音が発生する可能性があるため、ステップＳ８以下の歯打ち音抑制制御が実行される。具体的には、歯打ち音抑制制御においては、ＩＳＧ１３による発電量の上限値を低下させることにより、エンジン１１が出力すべきトルクを低下させて、回転数やトルクの変動を抑制する。ステップＳ８においては、ステップＳ１において読み込まれた検出信号に基づいて、ＩＳＧ１３による発電量の上限値が設定される。

図６及び図７は、ＩＳＧ１３による発電量の上限値を設定するための補正係数を示すマップである。
まず、歯打ち音抑制制御が実行されていない状態においては、ＩＳＧ１３による発電量の最大値は、Ｇ_max［Ｗ］に設定されている。このＧ_maxの値は、ハイブリッド車両１が通常必要とする電力や、ＩＳＧ１３の仕様に基づいて設定されている。ステップＳ８においては、発電量の最大値Ｇ_maxに対し、図６に示すマップに基づいて決定される車速補正係数Ｋ₁、及び図７に示すマップに基づいて決定される回転数補正係数Ｋ₂を乗じることにより、発電量の上限値が計算される。

車速補正係数Ｋ₁は、車速センサ３０によって検出された車速に基づいて、図６に示すマップを使用して決定される。車速補正係数Ｋ₁は、車速の低い領域においては小さな値を取り、車速の上昇と共に大きくなり、所定の車速以上では最大値の「１」となる。このように車速補正係数Ｋ₁を設定することにより、車両の車速が高いときは、車両の車速が低いときよりも、発電量の上限値が高く設定される。本実施形態において、車速補正係数Ｋ₁は時速約４０［ｋｍ／ｈ］以上の領域で、「１」になるように設定されている。即ち、車速の低い領域ではハイブリッド車両１の走行音等の騒音が小さく、歯打ち音が乗員に認識されやすいため、ＩＳＧ１３の発電量を低下させ、歯打ち音が発生しにくいように発電量の上限値を低下させている。また、車速が時速約４０［ｋｍ／ｈ］以上の領域では、走行音等の騒音が比較的大きくなるため、発電量の上限値を低下させる必要性が低くなる。

次に、回転数補正係数Ｋ₂は、エンジン回転数センサ３４によって検出された回転数に基づいて、図７に示すマップを使用して決定される。回転数補正係数Ｋ₂は、所定の共振回転数Ｎ_rにおいて最も小さな値を取り、エンジン回転数の低下と共に次第に大きくなる。即ち、回転数補正係数Ｋ₂は、共振回転数Ｎ_r以下の、共振回転数帯域Ｂ_r内では「１」未満の値をとる。また、回転数補正係数Ｋ₂は、共振回転数Ｎ_rを超えると急激に大きくなり、共振回転数Ｎ_rよりも高い所定の回転数以上では最大値の「１」となる。このように回転数補正係数Ｋ₂は、エンジン１１の回転数が所定の共振回転数帯域Ｂ_r内にある場合には、共振回転数帯域Ｂ_r外にある場合よりも小さな値をとり、発電量の上限値が低く設定される。本実施形態においては、エンジン１１の回転数が約１２００［ｒｐｍ］以下の領域が、共振回転数帯域Ｂ_rに設定されている。

図３のフローチャートのステップＳ８においては、図６に基づいて決定された車速補正係数Ｋ₁と、図７に基づいて決定された回転数補正係数Ｋ₂と、発電量の最大値Ｇ_maxを乗じることにより、ＩＳＧ１３による発電量の上限値が設定される。上述したように、車速が時速約４０［ｋｍ／ｈ］以上の領域で車速補正係数Ｋ₁が「１」に設定され、エンジン１１の回転数が約１２００［ｒｐｍ］以上の領域で回転数補正係数Ｋ₂が「１」に設定される。このため、車速約４０［ｋｍ／ｈ］以上、且つエンジン回転数約１２００［ｒｐｍ］以上の場合には、算出される上限値は発電量の最大値Ｇ_maxと等しくなり、歯打ち音を抑制するための発電量の制限は、実質的に実行されない。これにより、歯打ち音を抑制しながら、歯打ち音の抑制が不要な運転条件においては、ＩＳＧ１３による十分な発電量を確保することができる。

さらに、ステップＳ９においては、ステップＳ８において計算されたＩＳＧ１３による発電量の上限値と、ステップＳ５において計算された要求発電量が比較される。要求発電量が上限値よりも大きい場合にはステップＳ１０に進み、要求発電量が上限値よりも以下の場合にはステップＳ１１に進む。ステップＳ１１において、制御器１０は、要求発電量の電力を生成するように、ＩＳＧ１３に制御信号を送り、図３のフローチャートの１回の処理を終了する。即ち、要求発電量が上限値以下である場合には、要求された発電量をＩＳＧ１３に生成させても大きな歯打ち音が発生することはないため、要求された発電量がそのまま生成される。

一方、要求発電量が上限値よりも大きい場合にはステップＳ１０に進み、ここでは、ステップＳ８において計算されたＩＳＧ１３による発電量の上限値と、ステップＳ５において計算された最小要求発電量が比較される。上限値が最小要求発電量以上である場合にはステップＳ１２に進み、ここで制御器１０は、上限値の電力を生成するように、ＩＳＧ１３に制御信号を送り、図３のフローチャートの１回の処理を終了する。即ち、要求発電量が上限値によって頭打ちにされ、要求発電量よりも少ない電力がＩＳＧ１３によって生成される。このように、ＩＳＧ１３による発電量を抑制することにより、エンジン１１がＩＳＧ１３を駆動するために発生するトルクが小さくなり、エンジン１１の回転数変動、トルク変動が小さくなるため、歯打ち音の発生が抑制される。

図４に示すタイムチャートの例では、時刻ｔ₁において、キャパシタ１４の目標電圧が増加されたため、これに伴いＩＳＧ１３による発電量も増加されている。しかしながら、キャパシタ１４の目標電圧を達成するために必要な要求発電量が、ステップＳ８において設定された上限値を超えているため、ＩＳＧ１３の発電量は上限値によって頭打ちにされている。さらに、発電量の上限値は、図６に基づいて、図４に破線で示すように車速の低下と共に低下し、ＩＳＧ１３の発電量も上限値の低下と共に低下されている（図４の時刻ｔ₁～ｔ₃）。このため、キャパシタ１４の実際の電圧は、目標電圧よりも低くなっている。

また、ステップＳ１０において、上限値が最小要求発電量よりも小さい場合にはステップＳ１３に進み、制御器１０は、最小要求発電量の電力を生成するように、ＩＳＧ１３に制御信号を送り、図３のフローチャートの１回の処理を終了する。即ち、歯打ち音抑制制御によって設定された発電量の上限値が最小要求発電量よりも小さい場合において、ＩＳＧ１３の発電量を上限値で頭打ちにしてしまうと、ライト２０等の車載電気機器が必要とする電力を供給することができなくなってしまう。このため、発電量の上限値が最小要求発電量よりも小さくなった場合には、上限値に関わらず、最小要求発電量の電力を生成し、車載電気機器が消費する電力を確保する。

図４に示すタイムチャートの例では、発電量の上限値は、時刻ｔ₁から車速の低下と共に低下し、時刻ｔ₃において最小要求発電量を下回るようになる。このように、発電量の上限値が最小要求発電量よりも小さくなった場合には、最小要求発電量の電力がＩＳＧ１３によって生成される。このように、時刻ｔ₃以降は、発電量の上限値を超える電力をＩＳＧ１３に生成させるため、歯打ち音の抑制が十分でない可能性があるが、発電量が最小要求発電量よりも小さくなり、電力不足に陥るのを回避することができる。

本発明の実施形態の車両の電源制御装置によれば、制御器１０が、ＩＳＧ１３による発電量を制限することにより、トランスミッション２ｂがニュートラルにされた状態において、歯打ち音が発生しにくいようにしている。加えて、ハイブリッド車両１の車速が高いときは、車速が低いときよりも、制限される発電量の上限値を高く設定する（図６）ことにより、ＩＳＧ１３による発電量を十分に確保しながら、歯打ち音により乗員に不快感を与えにくくしている。

また、本実施形態の車両の電源制御装置によれば、エンジン１１の回転数が所定の共振回転数帯域Ｂ_r内にある場合に、発電量の上限値が低く設定される（図７）。このため、共振回転数帯域Ｂ_r外のエンジン回転数であれば、ＩＳＧ１３によって、エンジン１１に大きな負荷を与えることが可能であり、十分な発電量を確保することができる。

さらに、本実施形態の車両の電源制御装置によれば、ハイブリッド車両に搭載されたライト２０等の電気負荷の消費電力に基づいて最小要求発電量が算出され（図３のステップＳ５）、発電量の上限値が最小要求発電量以上である場合（図３のステップＳ１０→Ｓ１２）には、上限値以下の電力がＩＳＧ１３により発電される。また、発電量の上限値が最小要求発電量以下に低下した場合（図３のステップＳ１０→Ｓ１３）でも、最小要求発電量の電力が生成される（図３のステップＳ１３）。このため、電気負荷によって要求された最小限の電力を常に確保することができ、電力不足に陥るのを回避することができる。

また、本実施形態の車両の電源制御装置によれば、発電量の上限値を低く設定する共振回転数帯域Ｂ_rが、シフトケーブル４０が共振する回転数帯域に設定されている（図７）ので、シフトケーブル４０の共振を効果的に抑制することができ、十分な発電量を確保しながら、歯打ち音を抑制することができる。

以上、本発明の好ましい実施形態を説明したが、上述した実施形態に種々の変更を加えることができる。特に、上述した実施形態においては、本発明をハイブリッド車両に適用していたが、エンジンを備えた種々の車両に本発明を適用することができる。また、上述した実施形態においては、蓄電装置としてキャパシタ及び鉛蓄電池が使用されていたが、リチウムイオンバッテリ等、任意の蓄電装置を使用することができ、また、蓄電装置は一つだけ備えられていても良い。さらに、上述した実施形態においては、回転電気機械として、ＩＳＧ（Integrated Starter Generator）が備えられていたが、回転電気機械は、発電機能のみを有するものであっても良い。また、上述した実施形態においては、発電量の上限値は、車速補正係数、及び回転数補正係数を使用して設定されていたが、車速補正係数のみによって発電量の上限値が設定されるように本発明を構成することもできる。

また、上述した実施形態においては、共振回転数Ｎ_rである約１２００［ｒｐｍ］以下の領域が共振回転数帯域Ｂ_rに設定され、共振回転数Ｎ_r以下の回転数において歯打ち音抑制制御が実行されていた。これに対して、変形例として、共振回転数帯域Ｂ_rが所定の狭い回転数帯域となるように車両を構成しておき、エンジンのアイドリング回転数を、共振回転数帯域Ｂ_rから十分に離れた回転数に設定する。これにより、エンジンがアイドリング状態にある停車中に、発電量の最大値Ｇ_maxよりも低い上限値が設定されることがなくなり、上限値は走行中にトランスミッションがニュートラルに切り替えられた状態においてのみ設定されることになる。なお、この場合には、停車時（車速≒０）における車速補正係数を「１」に設定しておく。このように構成することにより、発電量の上限値を設定する歯打ち音抑制制御は、走行中にトランスミッションがニュートラルに切り替えられた、限定的な運転状態でのみ実行されるようになり、停車中には常に十分な電力を生成することが可能になる。

１ ハイブリッド車両
２ａ クラッチ
２ｂ トランスミッション（変速機）
３ 減速機
４ 駆動軸
５ 車輪
６ａ キャパシタリレー
６ｂ バイパスリレー
７ ブレーキシステム
８ ベルト
９ 出力軸（動力軸）
１０ 制御器（制御ユニット）
１１ エンジン
１２ ギヤ駆動式スタータ
１３ ＩＳＧ（回転電気機械）
１４ キャパシタ（高電圧蓄電装置）
１７ ＤＣ－ＤＣコンバータ
１８ 消費電力センサ
１９ 鉛蓄電池（低電圧蓄電装置）
２０ ライト（低電圧電気負荷）
２１ 電動パワーステアリングの駆動モータ（低電圧電気負荷）
２２ アクセサリ類（低電圧電気負荷）
３０ 車速センサ
３４ エンジン回転数センサ
３６ 遊動ギヤ
３８ ギヤ
４０ シフトケーブル

Claims (4)

1. エンジンの動力に基づいて変速機を介して車輪を駆動する車両に搭載され、上記エンジンの動力により発電を行う車両の電源制御装置であって、
   上記エンジンの動力により発電する回転電気機械と、
   この回転電気機械により生成された電力を蓄積する蓄電装置と、
   上記回転電気機械による発電量を制御する制御ユニットと、
   を有し、
   上記制御ユニットは上記回転電気機械による発電量を制限するように構成されると共に、上記車両の変速機がニュートラルである場合においては、上記車両の車速が高いときは、上記車両の車速が低いときよりも、発電量の上限値を高く設定すると共に、
   上記制御ユニットは、上記エンジンの回転数が所定の共振回転数帯域内にある場合には、上記所定の共振回転数帯域外にある場合よりも、発電量の上限値を低く設定することを特徴とする車両の電源制御装置。
2. 上記制御ユニットは、車両に搭載された電気負荷の消費電力に基づいて、上記回転電気機械に対する最小要求発電量を算出するように構成され、発電量の上限値が上記最小要求発電量以下に低下した場合でも、上記回転電気機械に上記最小要求発電量の電力を生成させる請求項１記載の車両の電源制御装置。
3. 上記所定の共振回転数帯域は、上記車両の変速機を切り替えるためのシフトケーブルが共振する回転数帯域に設定されている請求項１又は２に記載の車両の電源制御装置。
4. 上記制御ユニットは、上記車両の走行中に上記変速機がニュートラルに切り替えられた状態において、上記発電量の上限値を設定するように構成されている請求項１乃至３の何れか１項に記載の車両の電源制御装置。

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