| 【発明の名称】 |
車両制御装置 |
| 【発明者】 |
【氏名】後藤 裕二
【氏名】服部 昇
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| 【要約】 |
【課題】車両駆動装置に設けた回転電機により減速時回生動作を行うに当たり、エンジンとの接続を制御する電磁クラッチの励磁電流を最適制御することによりクラッチ寿命および回生効率を改善する。
【解決手段】車両の減速回生時にクラッチ回転数が低下するほど増大する特性の弱励磁電流を与えることにより電磁クラッチ接続時の応答性の要求を確保しつつクラッチ引きずりトルクを必要最小限として回生効率を向上させる。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】励磁電流に応じてエンジンと駆動装置との間の締結トルクを可変制御可能な電磁クラッチと、電磁クラッチの出力軸側の回転数を検出する回転数検出装置と、車両の加減速状態を検出する車両状態検出装置と、車両の駆動装置に連結した回転電機と、車両減速時に電磁クラッチの締結トルクを減殺すると共に前記回転電機によりエネルギ回生を行わせる回生制御装置とを備え、前記回生制御装置は、回転数検出手段からの信号に基づき、車両減速時に検出回転数が低下するほど増大する特性の弱励磁電流を電磁クラッチに供給するように構成した車両制御装置。
【請求項２】回生制御装置は、減速時の回転電機による回生トルクを、弱励磁電流による電磁クラッチの引きずりトルクにより補正するようにした請求項１に記載の車両制御装置。
【請求項３】回生制御装置は、減速時に電磁クラッチの締結トルクを減殺すると共にエンジンを停止させ、減速から加速に移行したときにはエンジンを始動したのちに電磁クラッチの締結トルクを増大してエンジン出力を駆動装置に伝達させるようにした請求項１に記載の車両制御装置。
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【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明はハイブリッド車など車両の減速時に回転電機を駆動することによりエネルギ回生を行うようにした車両の制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術と解決すべき課題】原動機としてエンジン（燃焼機関）と回転電機とを併有し、いずれか一方または双方の駆動力により走行するようにしたハイブリッド車両が知られている（例えば、鉄道日本社発行「自動車工学」VOL.46 No.7 1997年6月号 39〜52頁参照）。
【０００３】この種のハイブリッド車両では、基本的に比較的負荷の小さい運転域では回転電機をモータとして駆動してその出力のみで走行し、負荷が増大するとエンジンを起動して所要の駆動力を確保する一方、減速時には回転電機を発電機として作動させることによりバッテリを充電する回生動作を行わせるようにしている。
【０００４】ところで、こうしたハイブリッド車を初めとして、車両の駆動装置に連結した回転電機により減速時の回生動作を行わせるように構成された車両では、クラッチを切って駆動装置とエンジンとの接続を断ち、エンジンブレーキに相当する減速力をすべて回転電機によって発生させることで回生効率を高めることができる。しかしながら、このように減速中にクラッチを切ってしまうと、途中で運転者の加速要求により加速に転じたときに、クラッチが再び締結状態となるまでの時間的遅れからエンジン出力が駆動装置に伝達されるのに時間がかかり加速性能や運転性が損なわれてしまう。
【０００５】これに対して、例えばパウダー式クラッチなど励磁電流に応じて締結トルクを可変制御できる電磁クラッチを使用し、減速時にクラッチを完全解放するのではなく、弱励磁電流を供給してある程度のクラッチ引きずり状態にしておくことにより再締結時の応答性を改善することが可能である。しかしながら、クラッチを引きずり状態にするとパウダー等のクラッチ構成要素が摩耗して耐久性が低下することに加えて、引きずりにより消費される分だけ回生トルク（発電量）が減少して回生効率が悪化するという問題も生じる。
【０００６】本発明はこのような問題点に着目してなされたもので、減速回生時の電磁クラッチの励磁電流を回転数に応じて最適制御することにより前記問題点を解消することを目的としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】請求項１の発明は、励磁電流に応じてエンジンと駆動装置との間の締結トルクを可変制御可能な電磁クラッチと、電磁クラッチの出力軸側の回転数を検出する回転数検出装置と、車両の加減速状態を検出する車両状態検出装置と、車両の駆動装置に連結した回転電機と、車両減速時に電磁クラッチの締結トルクを減殺すると共に前記回転電機によりエネルギ回生を行わせる回生制御装置とを備え、前記回生制御装置を、回転数検出手段からの信号に基づき、車両減速時に検出回転数が低下するほど増大する特性の弱励磁電流を電磁クラッチに供給するように構成した。なお前記弱励磁電流とは電磁クラッチが引きずりを生じる程度の弱い電流値である。
【０００８】請求項２の発明は、上記請求項１の発明の回生制御装置を、減速時の回転電機による回生トルクを、弱励磁電流による電磁クラッチの引きずりトルクにより補正するように構成した。
【０００９】請求項３の発明は、上記請求項１の発明の回生制御装置を、減速時に電磁クラッチの締結トルクを減殺すると共にエンジンを停止させ、減速から加速に移行したときにはエンジンを始動したのちに電磁クラッチの締結トルクを増大してエンジン出力を駆動装置に伝達させるように構成した。
【００１０】
【作用・効果】上記請求項１以下の各発明において、減速回生時には電磁クラッチに対してクラッチ出力軸の回転数が低下するほど増大する特性の弱励磁電流を付与し、これにより当該弱励磁電流に応じてクラッチ回転数が低下するほど引きずりトルクが増大するような特性で電磁クラッチが作動する。図３はこのように電磁クラッチが引きずりを生じる程度の弱電流値を付与した状態から所要の締結トルクとなるまでの応答時間との関係をクラッチ出力軸の回転数（以下単に「クラッチ回転数」という。）を変化させながら求めた実験結果を示したもので、図示したように同一電流値ではクラッチ回転数が高いほど応答時間が短くなり、換言すれば所定の目標応答時間を達成するのに要する弱励磁電流の値は高速回転時ほど小さくなる。
【００１１】したがって、本発明のようにクラッチ回転数が低下するほど弱励磁電流の値が増大する特性を設定することにより、減速過程での回転数変化にかかわらず加速に転じた際のクラッチ締結までの応答時間を常に所定の許容限度内に収めることができ、かつその間の引きずりを必要限度内に抑えて電磁クラッチの耐久性を改善することができる。
【００１２】また、請求項２の発明では、減速時の回転電機による回生トルクを、弱励磁電流により生じる電磁クラッチの引きずりトルクに応じて補正する。減速時の回転電機による回生トルクつまり発電量は通常エンジンブレーキに相当する適度な減速力を生じるように設定するが、電磁クラッチに引きずりがある場合にはこの回生トルクは引きずりにより消費されるトルクの分だけ少なくなる。したがって、回生時のクラッチ回転数に応じてクラッチ引きずりトルクが変化する運転状態下において、本発明のように回生トルクをクラッチ引きずりトルクによる消費分だけ補正してやることにより、適切な減速力を発揮させつつその範囲内で最大限に回生効率を高めることができる。特に本発明ではクラッチ高速回転時ほどクラッチ引きずりトルクが小さくなるような特性で電磁クラッチを制御しているので、回生効率の高い高速回転域を有効利用して回生効果を十分に引き出すことができる。
【００１３】さらに、請求項３の発明によれば、減速時に電磁クラッチの締結トルクを減殺すると共にエンジンを停止させ、減速から加速に移行したときにはエンジンを始動したのちに電磁クラッチの締結トルクを増大してエンジン出力を駆動装置に伝達させる。このように、減速回生時にエンジンを停止させることによりエンジン運転のための燃料消費を最小限に抑えて総合的なエネルギー効率をより高められると共に排気エミッション性能をも改善することができる。減速から加速に移行するときにはエンジンを始動したのちその出力を電磁クラッチを締結して駆動装置に伝えるのでエンジンによる十分な加速力を確保できる。なお、エンジンが始動して所要の出力が立ち上がるまでの間は回転電機を動力源として駆動することにより加速応答性を改善することができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】以下本発明をハイブリッド車両に適用した実施形態につき図面に基づいて説明する。まず図１〜図２にハイブリッド車両の構成例を示す。これは走行条件に応じてエンジンまたはモータの何れか一方または双方の動力を用いて走行するパラレル方式のハイブリッド車両である。
【００１５】図１において、太い実線は機械力の伝達経路を示し、太い破線は電力線を示す。また、細い実線は制御線を示し、二重線は油圧系統を示す。この車両のパワートレインは、モータ１、エンジン２、クラッチ３、モータ４、無段変速機５、減速装置６、差動装置７および駆動輪８から構成される。モータ１の出力軸、エンジン２の出力軸およびクラッチ３の入力軸は互いに連結されており、また、クラッチ３の出力軸、モータ４の出力軸および無段変速機５の入力軸は互いに連結されている。前記モータ４が本発明の回転電機に相当し、これは上述したように無段変速機５、減速装置６等で構成された駆動装置に連結されている。
【００１６】クラッチ３締結時はエンジン２とモータ４が車両の推進源となり、クラッチ３解放時はモータ４のみが車両の推進源となる。エンジン２またはモータ４の駆動力は、無段変速機５、減速装置６および差動装置７を介して駆動輪８へ伝達される。無段変速機５には油圧装置９から圧油が供給され、ベルトのクランプと潤滑がなされる。油圧装置９のオイルポンプ（図示せず）はモータ１０により駆動される。
【００１７】クラッチ３を締結している状態でモータ１を車両の推進と制動に用いることもでき、モータ４をエンジン始動や発電（回生）に用いることもできる。クラッチ３はパウダー式の電磁クラッチであり、後述するコントローラ１６からの指令電流値に応じて伝達トルクが可変制御される可変容量のものである。無段変速機５はベルト式やトロイダル式などの無段変速機であり、減速比を無段階に調節することができる。
【００１８】モータ１，４，１０はそれぞれ、インバータ１１，１２，１３により駆動される。なお、モータ１，４，１０に直流電動モータを用いる場合には、インバータの代わりにＤＣ／ＤＣコンバータを用いる。インバータ１１〜１３は共通のＤＣリンク１４を介してメインバッテリ１５に接続されており、メインバッテリ１５の直流充電電力を交流電力に変換してモータ１，４，１０へ供給するとともに、モータ１，４の交流発電電力を直流電力に変換してメインバッテリ１５を充電する。なお、インバータ１１〜１３は互いにＤＣリンク１４を介して接続されているので、回生運転中のモータにより発電された電力をメインバッテリ１５を介さずに直接、力行運転中の他のモータへ供給することができる。メインバッテリ１５には、リチウムイオン電池、ニッケル水素電池、鉛電池などの各種電池や、電機二重層キャパシターいわゆるパワーキャパシターが適用される。
【００１９】１６は本発明の回生制御装置を初めとするハイブリッド車両の各種制御機能を発揮するコントローラであり、マイクロコンピュータとその周辺部品や各種アクチュエータなどを備え、クラッチ３の伝達トルク、モータ１，４，１０の回転数や出力トルク、無段変速機５の変速比、エンジン２の燃料噴射量・噴射時期、点火時期などを制御する。
【００２０】コントローラ１６には、図２に示すように、キースイッチ２０、セレクトレバースイッチ２１、アクセルセンサ２２、ブレーキスイッチ２３、車速センサ２４、バッテリ温度センサ２５、バッテリＳＯＣ検出装置２６、エンジン回転数センサ２７、スロットル開度センサ２８、クラッチ回転数センサ２９が接続される。キースイッチ２０は、車両のキーが０Ｎ位置またはＳＴＡＲＴ位置に設定されると閉路する（以下、スイッチの閉路をオンまたは０Ｎ、開路をオフまたはＯＦＦと呼ぷ）。セレクトレバースイッチ２１は、パーキングＰ、ニュートラルＮ、リバースＲおよびドライブＤの何れかのレンジに切り換えるセレクトレバー（図示せず）の設定位置に応じて、Ｐ，Ｎ，Ｒ，Ｄのいずれかのスイッチがオンする。
【００２１】アクセルペダルセンサ２２は本発明の車両状態検出装置に相当し、アクセルペダルの踏み込み量から加減速等の要求負荷状態を検出する。ブレーキスイッチ２３はブレーキペダルの踏み込み状態（この時、スイッチオン）を検出する。車速センサ２４は車両の走行速度を検出し、バッテリ温度センサ２５はメインバッテリ１５の温度を検出する。また、バッテリＳＯＣ検出装置２６はメインバッテリ１５の実容量の代表値であるＳＯＣ（State Of Charge）を検出する。エンジン回転数センサ２７はエンジン２の回転数を検出し、スロットル開度センサ２８はエンジン２のスロットルバルブ開度を検出する。クラッチ回転数センサ２９は本発明の回転数検出装置に相当し、クラッチ３の出力軸側の回転数（図１の構成ではモータ４の回転数に等しい）を検出する。
【００２２】コントローラ１６にはまた、エンジン２の燃料噴射装置３０、点火装置３１、可変動弁装置（バルブタイミング調節装置）３２などが接続される。コントローラ１６は、燃料噴射装置３０を制御してエンジン２への燃料の供給と停止および燃料噴射量・噴射時期を調節するとともに、点火装置３１を駆動してエンジン２の点火時期制御を行う。また、コントローラ１６は可変動弁装置３２を制御してエンジン２の吸・排気弁の作動状態を調節する。なお、コントローラ１６には低圧の補助バッテリ３３から電源が供給される。
【００２３】以上は本発明が適用可能なハイブリッド車両の基本的な構成例を示したものであり、本発明ではこうしたハイブリッド車両において減速回生作動時のクラッチ制御電流を適切に制御することによりクラッチ寿命または回生効率を改善することを目的としている。以下にこのためにコントローラ１６が実行する制御の実施形態につき図面を参照しながら説明する。
【００２４】図４は減速時回生制御の流を概略的に示したもので、これはハイブリッド車両の総合的な制御の一環として周期的に実行される。この制御ではまず車速センサ２４、アクセルペダルセンサ２２、エンジン回転数センサ２７からの信号に基づきそれぞれ車速ＶＳＰ、アクセル開度ＡＰＳ、エンジン回転数Ｎｅを検出し、前記アクセル開度ＡＰＳと車速ＶＳＰとから車両が減速状態にあるか否かを判定する（ステップ３０１〜３０３）。前記判定では、アクセル開度ＡＰＳが０つまりアクセルペダルが踏み込まれておらず、かつ車速ＶＳＰが所定の基準値Ｖ１よりも大であれば減速と判定してステップ３０４以降の回生制御に入り、前記以外の条件であれば定常または加速状態であると判定してステップ３１２以降の非減速時の制御に入る。
【００２５】回生制御の当初ではクラッチ３の出力軸側回転数Ｎｃをクラッチ回転数センサ２９からの信号に基づいて検出し、次いでこのクラッチ回転数Ｎｃからクラッチ３に付与する弱励磁電流Ｉｃを決定してこの弱励磁電流Ｉｃによりクラッチ３の締結トルクを制御する（ステップ３０４〜３０６）。既述したように所要のクラッチ締結応答とクラッチ回転数との関係は実験的に求めることができるので、図５に例示したように前記弱励磁電流Ｉｃをクラッチ回転数Ｎｃに応じて付与するようなテーブルを予め用意しておき、これを検索することで適切な弱励磁電流Ｉｃを速やかに決定することができる。
【００２６】次にエンジン２が停止しているか否かをエンジン回転数Ｎｅから判定し、停止していなければ停止させてから回生トルク演算の処理に移る（ステップ３０７、３０８）。
【００２７】回生トルク演算では、予め設定したテーブル検索等の処理により目標回生トルクＴｒを設定する（ステップ３０９）。このときの目標回生トルクＴｒは、基本的にはモータ４の回転数（この場合クラッチ回転数Ｎｃに等しい）の関数として求められるもので、例えばエンジン２によるエンジンブレーキトルクに相当する回転抵抗が生じるようにモータ４に発電作動させるための設定値である。ただし本発明ではクラッチ３に弱励磁電流を与え、停止状態としたエンジン側との間に若干の引きずりを発生させているので、この引きずりトルクΔＴを補正量として前記目標トルクＴｒから減じることでモータ４が発生すべき正味のトルクに補正し、これに基づいてモータ４に回生作動をさせている（ステップ３１０、３１１）。前記引きずりトルクΔＴについても実験的に求められるので、図６に例示したように引きずりトルクΔＴを弱励磁電流Ｉｃに応じて付与するようなテーブルを予め用意しておき、このテーブル検索することで適切な引きずりトルクΔＴひいては目標回生トルクＴｒを設定することができる。
【００２８】一方、ステップ３０２〜３０３の判定処理にて非減速時であると判定されたときには、エンジン回転数Ｎｅを所定の判定値Ｎ１と比較することでエンジン２が始動しているか否かを判定し、Ｎｅ＜Ｎ１のときは未始動と判定してエンジン２を始動させてから上記回生制御を停止状態とし、クラッチ３を締結する（ステップ３１２〜３１５）。これによりエンジン２が車両の駆動装置に連結されてエンジン出力が車両の駆動に利用される状態となる。図示しないがこのときの車両駆動力は必要に応じてモータ４も負担し、減速から加速へと転じたときには所要の駆動力が得られるようにモータ４は回生作動から力行作動へと制御が切り換えられることになる。
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| 【出願人】 |
【識別番号】０００００３９９７
【氏名又は名称】日産自動車株式会社
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| 【出願日】 |
平成１０年１１月４日（１９９８．１１．４） |
| 【代理人】 |
【識別番号】１０００７５５１３
【弁理士】
【氏名又は名称】後藤 政喜 （外１名）
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| 【公開番号】 |
特開２０００−１５２４１１（Ｐ２０００−１５２４１１Ａ） |
| 【公開日】 |
平成１２年５月３０日（２０００．５．３０） |
| 【出願番号】 |
特願平１０−３１３３６１ |
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