| 【発明の名称】 |
ハイブリッド車両の回生制動装置 |
| 【発明者】 |
【氏名】大塚 秀隆
【住所又は居所】神奈川県横浜市神奈川区宝町２番地 日産自動車株式会社内
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| 【要約】 |
【課題】バッテリーが満充電状態または満充電に近い状態でも回生電力を有効に活用しながら回生制動を行う。
【解決手段】車両が制動中と判定され、且つバッテリーが充電不可と判定されると、エンジンを停止するとともに、第１モーターからの回生電力で第２モーターの駆動を行って車載補機を駆動する。これにより、バッテリーが満充電状態または満充電に近い状態でも、回生電力を有効に活用しながら回生制動を行うことができ、制動中のエンジン停止と合わせてハイブリッド車両の燃料消費量を総合的に低減することができる。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】車両走行の駆動と車載補機の駆動を行うエンジンと、車両走行の駆動と制動を行う第１モーターと、前記エンジンの停止時に車載補機の駆動を行う第２モーターと、バッテリーの電力を前記第１モーターと前記第２モーターへ供給して駆動を行うとともに、制動中の前記第１モーターから回生した電力で前記バッテリーの充電を行うモーター駆動手段と、車両が制動中か否かを判定する制動中判定手段と、前記バッテリーの充電可または不可を判定する充電可否判定手段と、車両が制動中と判定され、且つ前記バッテリーが充電不可と判定されると、前記エンジンを停止するとともに、前記第１モーターからの回生電力で前記第２モーターの駆動を行って車載補機を駆動する制御手段とを備えることを特徴とするハイブリッド車両の回生制動装置。
【請求項２】請求項１に記載のハイブリッド車両の回生制動装置において、前記制動中判定手段は、アクセルペダルの解放状態を検出するアクセル操作検出手段と、ブレーキペダルの踏み込み状態を検出するブレーキ操作検出手段とを有し、アクセルペダルの解放状態が検出され、且つブレーキペダルの踏み込み状態が検出された場合に、制動中と判定することを特徴とするハイブリッド車両の回生制動装置。
【請求項３】請求項１に記載のハイブリッド車両の回生制動装置において、前記充電可否判定手段は、前記バッテリーの充電状態ＳＯＣ（State Of Charge）を検出するＳＯＣ検出手段を有し、検出したＳＯＣに基づいて充電可否を判定することを特徴とするハイブリッド車両の回生制動装置。
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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両の回生制動装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】バッテリーが満充電状態または満充電に近い状態のときは、バッテリーへ回生電流を流す代わりに放電抵抗器へ回生電流を流すことによって回生制動を行う電気自動車の回生制動装置が知られている（例えば特開平０８−０５１７０１号公報参照）。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述した従来の電気自動車の回生制動装置では、バッテリーが満充電状態または満充電に近い状態にあると放電抵抗器へ回生電流を流すようにしているので、回生電力が熱になって失われ、有効に活用されないという問題がある。
【０００４】本発明の目的は、バッテリーが満充電状態または満充電に近い状態でも回生電力を有効に活用しながら回生制動を行うハイブリッド車両の回生制動装置を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】（１） 請求項１の発明は、車両走行の駆動と車載補機の駆動を行うエンジンと、車両走行の駆動と制動を行う第１モーターと、前記エンジンの停止時に車載補機の駆動を行う第２モーターと、バッテリーの電力を前記第１モーターと前記第２モーターへ供給して駆動を行うとともに、制動中の前記第１モーターから回生した電力で前記バッテリーの充電を行うモーター駆動手段と、車両が制動中か否かを判定する制動中判定手段と、前記バッテリーの充電可または不可を判定する充電可否判定手段と、車両が制動中と判定され、且つ前記バッテリーが充電不可と判定されると、前記エンジンを停止するとともに、前記第１モーターからの回生電力で前記第２モーターの駆動を行って車載補機を駆動する制御手段とを備え、これにより上記目的を達成する。
（２） 請求項２のハイブリッド車両の回生制動装置は、前記制動中判定手段が、アクセルペダルの解放状態を検出するアクセル操作検出手段と、ブレーキペダルの踏み込み状態を検出するブレーキ操作検出手段とを有し、アクセルペダルの解放状態が検出され、且つブレーキペダルの踏み込み状態が検出された場合に、制動中と判定するようにしたものである。
（３） 請求項３のハイブリッド車両の回生制動装置は、前記充電可否判定手段が、前記バッテリーの充電状態ＳＯＣ（State Of Charge）を検出するＳＯＣ検出手段を有し、検出したＳＯＣに基づいて充電可否を判定するようにしたものである。
【０００６】
【発明の効果】本願発明によれば、車両が制動中と判定され、且つバッテリーが充電不可と判定されると、エンジンを停止するとともに、第１モーターからの回生電力で第２モーターの駆動を行って車載補機を駆動するようにしたので、バッテリーが満充電状態または満充電に近い状態でも、回生電力を有効に活用しながら回生制動を行うことができ、制動中のエンジン停止と合わせてハイブリッド車両の燃料消費量を総合的に低減することができる。
【０００７】
【発明の実施の形態】本願発明を、エンジンとモーターのいずれか一方または両方を走行駆動源とするハイブリッド車両に適用した一実施の形態を説明する。なお、エンジンとモーターのいずれか一方または両方を走行駆動源とするハイブリッド車両であれば、どのような構成のハイブリッド車両に対しても適用することができる。
【０００８】図１に一実施の形態の機械的な構成を示し、図２に一実施の形態の電気的な構成を示す。図１において、エンジンＥＮＧとモーターＭ１は直結されており、それらの制駆動力は自動変速機ＡＴを介して後輪ＲＷに伝達される。ここで、モーターＭ１を車両の制駆動源として用いることももちろん可能であるが、ここでは主としてエンジンＥＮＧの始動用および発電用として用いる。一方、モーターＭ２の制駆動力は前輪ＦＷに伝達される。
【０００９】つまり、一実施の形態の車両は、前輪ＦＷがモーターＭ２により駆動され、後輪ＲＷが主としてエンジンＥＮＧにより駆動される４輪駆動車であり、エンジンＥＮＧとモーターＭ２のいずれか一方または両方を制駆動源として走行する。なお、エンジンＥＮＧにより前輪ＦＷを駆動し、モーターＭ２により後輪ＲＷを駆動する構成としてもよい。
【００１０】エンジンＥＮＧは、プーリーとベルト機構１および電磁クラッチＣＬを介して補機駆動用モーターＭ３と連結される。さらに、補機駆動用モーターＭ３は、プーリーとベルト機構２を介してパワーステアリング・オイルポンプＰＳＰ、エアコン・コンプレッサーＣＭＰ、自動変速機オイルポンプＡＴＰなどの補機類と連結され、これらの補機類を駆動する。なお、車載補機類は上述した一実施の形態の補機類に限定されない。
【００１１】パワーステアリング・オイルポンプＰＳＰはパワーステアリング本体（不図示）へオイルを供給し、自動変速機オイルポンプＡＴＰは自動変速機ＡＴへオイルを供給する。エアコン・コンプレッサーＣＭＰはエアコン（空調装置、不図示）の冷媒を圧縮する。電磁クラッチＣＬは、エンジンＥＮＧとモーターＭ３および補機類ＰＳＰ、ＣＭＰ、ＡＴＰとの断接を行う。なお、電磁クラッチＣＬの代わりに、エンジンＥＮＧから補機駆動用モーターＭ３へのみ動力の伝達が可能なワンウエイクラッチを用いてもよい。
【００１２】ブレーキペダル３はブースター（倍力装置）ＢＳＴと連結され、ブースターＢＳＴによりブレーキペダル３の踏み込み力が増圧されたブレーキ液圧が生成される。このブレーキ液圧は、ブレーキ液配管４ａ、４ｂによりブレーキアクチュエーターＡＣＴを介して前輪ＦＷのフロントブレーキＦＢと後輪ＲＷのリヤブレーキＲＢへ伝達され、車両を制動する。
【００１３】図２において、アクセルセンサー５はアクセルペダル（不図示）の踏み込み量（以下、アクセル開度という）を検出し、ブレーキセンサー６はブレーキペダル３（図１参照）の踏み込み量を検出する。車速センサー７は車両の走行速度を検出し、シフトセンサー８は自動変速機ＡＴ（図１参照）のシフトレバー（不図示）の設定位置を検出する。
【００１４】車両コントローラー１０はマイクロコンピューターとその周辺部品を備え、各種センサー５〜８からの信号に基づいてバッテリーコントローラー１１、モーターコントローラー１２〜１４、エンジンコントローラー１５およびブレーキコントローラー１６を制御するとともに、電磁クラッチＣＬ（図１参照）を駆動し、エンジンＥＮＧの始動と停止、エンジンＥＮＧとモーターＭ２の制駆動力、モーターＭ３による補機駆動、モーターＭ１による発電などを制御する。
【００１５】バッテリーコントローラー１１は、バッテリーＢＡＴの充電状態ＳＯＣ（State Of Charge）を検出し、その充放電を制御する。モーターコントローラー１２は、インバーターＩＮＶ１を制御してモーターＭ１の回転速度および出力トルクを調節する。モーターコントローラー１３は、インバーターＩＮＶ２を制御してモーターＭ２の回転速度および出力トルクを調節する。モーターコントローラー１４は、インバーターＩＮＶ３を制御してモーターＭ３の回転速度および出力トルクを調節する。
【００１６】モーターＭ１〜Ｍ３は誘導機や同期機などの三相交流モーターである。インバーターＩＮＶ１〜ＩＮＶ３とバッテリーＢＡＴは共通ＤＣリンク１７により接続されており、バッテリーＢＡＴの電力をインバーターＩＮＶ１〜ＩＮＶ３を介してモーターＭ１〜Ｍ３へ供給し、モーターＭ１〜Ｍ３から駆動力を発生させるとともに、モーターＭ１、Ｍ２の発電電力をインバーターＩＮＶ１、ＩＮＶ２を介してバッテリーＢＡＴへ回生し、制動力を発生させながらバッテリーＢＡＴを充電する。なお、回生制動中のモーターからインバーターを介して回生した電力を、バッテリーＢＡＴを介さずに直接、駆動中のモーターへインバーターを介して供給することももちろん可能である。
【００１７】エンジンコントローラー１５は、エンジンＥＮＧ（図１参照）のスロットルバルブ開閉制御、燃料噴射制御、点火時期制御などを行い、エンジンＥＮＧの始動と停止を行うとともに回転速度と出力トルクを調節する。ブレーキコントローラー１６は、ブレーキアクチュエーターＡＣＴ（図１参照）を制御してＡＢＳ（Anti-lock Brake System）を作動させる。
【００１８】ここで、バッテリーＢＡＴが満充電状態または満充電に近い状態にあるときの回生制動制御について説明する。車両の制動は、基本的には機械式の制動方法により実現する。すなわち、ブレーキペダル３の踏み込みにより生成されたブレーキ液圧をブースターＢＳＴで増圧してフロントブレーキＦＢとリヤブレーキＲＢを駆動する。しかし、このような機械式の制動方法では、移動する車両が有するエネルギーを回収することができないので、モーターＭ２による回生制動という電気式の制動方法で機械式の制動方法を補助し、機械式制動方法の負担を軽減するとともに、車両の走行エネルギーを回収して有効に活用し、総合的な燃料消費量の低減を図る。
【００１９】ところが、バッテリーＢＡＴが満充電状態あるいは満充電に近い状態にあると、モーターＭ２により車両の走行エネルギーを回生してバッテリーＢＡＴを充電することができないため、電気式の回生制動をかけることができない。そこで、バッテリーＢＡＴが満充電状態または満充電に近い状態にあるときは、エンジンＥＮＧを停止するとともに、モーターＭ２により回生した電力をモーターＭ３へ供給し、エンジンＥＮＧに代わってモーターＭ３により補機類ＰＳＰ、ＣＭＰ、ＡＴＰを駆動して回生電力を消費し、モーターＭ２による回生制動を可能にする。
【００２０】図３は、一実施の形態のエンジンの運転と停止制御プログラムを示すフローチャートである。車両コントローラー１０は車両のメインスイッチ（不図示）がＯＮ位置に設定されると、この制御プログラムを繰り返し実行する。
【００２１】ステップ１において、バッテリーコントローラー１１により検出したバッテリーＢＡＴの充電状態ＳＯＣに基づいて、バッテリーＢＡＴの充電が必要か否かを判定する。バッテリーＢＡＴのＳＯＣが２０〜８０％の状態にあるときは充電が必要であるとしてステップ２へ進み、バッテリーＢＡＴのＳＯＣが２０％未満かまたは８０％を超えるときは充電の必要はないとしてステップ６へ進む。
【００２２】バッテリーＢＡＴの充電が必要なときは、ステップ２でエンジンコントローラー１５により燃料噴射制御、点火制御などを行ってエンジンＥＮＧを運転する。ここで、エンジンの運転状態とは、エンジンＥＮＧへ燃料が供給されて点火が行われ、エンジンＥＮＧが完爆している状態をいう。エンジン運転後のステップ３でクラッチＣＬを接続し、エンジンＥＮＧの回転にともなってモーターＭ３を連れ回り状態にするとともに、エンジンＥＮＧの駆動力で補機類ＰＳＰ、ＣＭＰ、ＡＴＰを駆動する。次に、ステップ４でモーターコントローラー１２を制御してインバーターＩＮＶ１およびモーターＭ１により発電を行い、発電した電力でバッテリーＢＡＴを充電する。
【００２３】ステップ５において、モーターコントローラー１４によりインバーターＩＮＶ３を制御してモーターＭ３の回転速度制御を行う。具体的には、モーターＭ３の回転速度が例えば３０００[rpm]以下ではインバーターＩＮＶ３を停止し、モーターＭ３がエンジンＥＮＧに単につれ回るようにする。一方、モーターＭ３の回転速度が例えば３０００[rpm]を超えると、モーターＭ３の誘起電圧が高くなって無視できないトルクを発生するようになる。そこで、モーターＭ３の回転速度が例えば３０００[rpm]を超えたらインバーターＩＮＶ３を運転し、モーターＭ３の発生トルクを０に保ちながら、エンジンＥＮＧの回転と同期してモーターＭ３を回転させる回転速度制御を行う。これにより、モーターＭ３はエンジンＥＮＧの回転速度と同じ回転速度で回転するがトルクは発生しない。このとき、補機類ＰＳＰ、ＣＭＰ、ＡＴＰはエンジンＥＮＧにより駆動されている。
【００２４】なお、モーターＭ３の回転速度（＝エンジンＥＮＧの回転速度）の上昇時に単なる連れ回り状態から回転速度制御に移行するモーターＭ３の回転速度は、上述した３０００[rpm]に限定されない。また、モーターＭ３の低速時に単なる連れ回り状態とせず、低速から高速までの全速度範囲にわたってモーターＭ３の上述した回転速度制御を行うようにしてもよい。
【００２５】一方、ステップ１においてバッテリーＢＡＴの充電が必要ないと判定されたときは、ステップ６でモーター駆動モードか否かを判定する。ここでは、車速センサー７により検出した現在の車速が所定車速（例えば２５[km/h]）以下の場合はモーターＭ２の駆動力による走行モードであるとする。また、シフトセンサー８によりシフトレバーの後退Ｒ位置への設定が検出された場合も、モーターＭ２の駆動力による走行モードであるとする。なお、バッテリーＢＡＴが要充電状態にあるとき、あるいは現在の車速が所定車速（例えば２５[km/h]）を超えたときはエンジンＥＮＧの駆動力による走行モードであるとする。
【００２６】バッテリーＢＡＴの充電の必要がなく、且つモーター駆動モードであると判定されたときはステップ７ヘ進み、エンジンコントローラー１５によりエンジンＥＮＧを停止する。ここで、エンジンの停止状態とは、エンジンＥＮＧへの燃料供給と点火が停止された状態である。ステップ８でクラッチＣＬを切って断状態にし、続くステップ９でモーターコントローラー１４によりインバーターＩＮＶ３を制御し、モーターＭ３を運転して補機類ＲＳＰ、ＣＭＰ、ＡＴＰを駆動する。
【００２７】一方、バッテリーＢＡＴの充電の必要がなく、且つまたモーター駆動モードでもないと判定されたときはステップ１０へ進み、エンジンコントローラー１５によりエンジンＥＮＧへ燃料を供給して点火し、エンジンＥＮＧを運転する。ステップ１１でクラッチＣＬを接続し、続くステップ１２でモーターコントローラー１４とインバーターＩＮＶ３によりモーターＭ３の上述した回転速度制御を行う。つまり、モーターＭ３を、トルクを発生させずにエンジン回転速度と同じ回転速度で回転させる。このとき、補機類ＰＳＰ、ＣＭＰ、ＡＴＰはエンジンＥＮＧにより駆動される。
【００２８】図４は、一実施の形態のモーターの回生制動制御プログラムを示すフローチャートである。車両コントローラー１０は車両のメインスイッチ（不図示）がＯＮ位置に設定されると、この制御プログラムを繰り返し実行する。
【００２９】ステップ２１において車両が制動中か否かを判定する。ここでは、アクセルセンサー５によりアクセルペダルの踏み込み量がほぼ０、つまりアクセルペダルの解放状態が検出され、且つブレーキセンサー６によりブレーキペダル３の踏み込み状態が検出されたときは、車両が制動中であるとする。なお、車両が制動中か否かの判定方法はこの一実施の形態に限定されず、例えばブレーキセンサー６によりブレーキペダル３の踏み込み状態が検出された場合にのみ制動中と判定してもよいし、あるいはアクセルセンサー５によりアクセルペダルの解放状態が検出された場合にのみ制動中と判定してもよい。
【００３０】制動中であると判定されたときはステップ２２へ進み、バッテリーコントローラー１１により検出したバッテリーＢＡＴの充電状態ＳＯＣに基づいて充電が可能か否かを判定する。ここでは、バッテリーＢＡＴのＳＯＣが８０％を超える場合は充電不可とするが、バッテリーＢＡＴの充電可または不可を判定するための基準ＳＯＣはこの実施の形態に限定されない。バッテリーＢＡＴのＳＯＣが８０％未満で充電可能なときはステップ２３へ進み、モーターコントローラー１３とインバーターＩＮＶ２によりモーターＭ２の回生制動を行い、回生した電力でバッテリーＢＡＴを充電する。
【００３１】一方、バッテリーＢＡＴのＳＯＣが８０％を超え、充電不可と判定されたときはステップ２４へ進み、エンジンＥＮＧが運転中か否かを確認する。上述したように、エンジンの運転状態とは、エンジンＥＮＧへ燃料が供給されて点火が行われ、エンジンＥＮＧが完爆している状態をいう。エンジンＥＮＧが運転中のときは、ステップ２５で、エンジンコントローラー１５を制御してエンジンＥＮＧへの燃料供給と点火を停止し、エンジンＥＮＧを停止させる。
【００３２】次に、ステップ２６でクラッチＣＬを切って断状態にし、続くステップ２７へ進む。ステップ２７では、モーターコントローラー１３とインバーターＩＮＶ２によりモーターＭ２の回生制動を行うとともに、回生電力をインバーターＩＮＶ３を介してモーターＭ３へ供給し、モーターコントローラー１４とインバーターＩＮＶ３によりモーターＭ３を運転して補機類ＰＳＰ、ＣＭＰ、ＡＴＰを駆動する。
【００３３】つまり、バッテリーＢＡＴが満充電状態または満充電に近い状態にあるため、モーターＭ２の回生電力をモーターＭ３へ供給し、エンジンＥＮＧに代わりモーターＭ３で補機駆動を行ってモーターＭ２の回生電力を消費する。このとき、モーターＭ２の回生電力が少なく、モーターＭ２の回生電力だけではモーターＭ３による補機駆動ができなくなると、回生電力の不足分がバッテリーＢＡＴの電力で自動的に補われる。
【００３４】このように、車両が制動中と判定され、且つバッテリーＢＡＴが充電不可と判定されると、エンジンＥＮＧを停止するとともに、モーターＭ２からの回生電力でモーターＭ３の駆動を行って補機類ＰＳＰ、ＣＭＰ、ＡＴＰを駆動するようにしたので、バッテリーＢＡＴが満充電状態または満充電に近い状態でも、回生電力を有効に活用しながら回生制動を行うことができ、制動中のエンジン停止と合わせてハイブリッド車両の燃料消費量を総合的に低減することができる。
【００３５】特許請求の範囲の構成要素と一実施の形態の構成要素との対応関係は次の通りである。すなわち、エンジンＥＮＧがエンジンを、モーターＭ２が第１モーターを、モーターＭ３が第２モーターを、バッテリーＢＡＴがバッテリーを、車両コントローラー１０が制動中判定手段、充電可否判定手段および制御手段を、アクセルセンサー５がアクセル操作検出手段を、ブレーキセンサー６がブレーキ操作検出手段を、バッテリーコントローラー１１がＳＯＣ検出手段をそれぞれ構成する。
【００３６】なお、上述した一実施の形態ではモーターＭ１〜Ｍ３に交流モーターを使用する例を示したが、例えばモーターＭ１〜Ｍ３に直流モーターを用い、インバーターＩＮＶ１〜ＩＮＶ３の代わりにＤＣ−ＤＣコンバーターを用いてもよい。
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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
【住所又は居所】神奈川県横浜市神奈川区宝町２番地
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| 【出願日】 |
平成１３年１０月１０日（２００１．１０．１０） |
| 【代理人】 |
【識別番号】１０００８４４１２
【弁理士】
【氏名又は名称】永井 冬紀
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| 【公開番号】 |
特開２００３−１２５５０１（Ｐ２００３−１２５５０１Ａ） |
| 【公開日】 |
平成１５年４月２５日（２００３．４．２５） |
| 【出願番号】 |
特願２００１−３１２３３０（Ｐ２００１−３１２３３０） |
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