| 【発明の名称】 |
ハイブリッド自動車 |
| 【発明者】 |
【氏名】長井 正明
【住所又は居所】東京都新宿区西新宿一丁目７番２号 富士重工業株式会社内
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| 【要約】 |
【課題】ハイブリッド自動車において、蓄電装置の充電レベルの低下を未然に防止して走行性能を格段に向上させる。
【解決手段】前後輪の一方を駆動するエンジンと、前後輪の他方を駆動する電動機と、電動機に電力を供給するとともに電動機の回生作動で発電される電力を蓄積する蓄電手段と、蓄電手段の充電レベルを検出する充電レベル検出手段と、所定信号を検出する手段と、検出された所定信号に応じて電動機の作動を制御する制御手段９０とを備えるハイブリッド自動車において、制御手段９０は、検出された所定信号に応じて車両の走行状態を判定する手段９１と、減速走行状態において電動機を回生作動させる手段９２と、定常走行状態において蓄電手段の充電レベルが所定レベル未満である場合に電動機を回生作動させる手段９３とを備える。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】前後輪の一方を駆動するエンジンと、前後輪の他方を駆動する電動機と、前記電動機に電力を供給するとともに前記電動機の回生作動で発電される電力を蓄積する蓄電手段と、前記蓄電手段の充電レベルを検出する充電レベル検出手段と、所定信号を検出する所定信号検出手段と、検出された所定信号に応じて前記電動機の作動を制御する制御手段とを備えるハイブリッド自動車において、前記制御手段は、検出された所定信号に応じて車両の走行状態を判定する走行状態判定手段と、前記走行状態判定手段で減速走行状態であると判定された場合に、前記電動機を回生作動させる減速時回生作動手段と、前記走行状態判定手段で定常走行状態であると判定され、かつ、検出された前記蓄電手段の充電レベルが所定レベル未満である場合に、前記電動機を回生作動させる定常時回生作動手段とを備えることを特徴とするハイブリッド自動車。
【請求項２】前記定常時回生作動手段は、検出された前記蓄電手段の充電レベルに応じて前記電動機の回生量を決定するものであることを特徴とする請求項１記載のハイブリッド自動車。
【請求項３】前記定常時回生作動手段による前記電動機の回生量は、前記減速時回生作動手段による前記電動機の回生量の１〜１０％とされることを特徴とする請求項１または２記載のハイブリッド自動車。
【請求項４】前記減速時回生作動手段は、前記蓄電手段が満充電状態に達していない場合にのみ前記電動機を回生作動させるものであることを特徴とする請求項１、２または３記載のハイブリッド自動車。
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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、ハイブリッド自動車に関し、特に、エンジンと電動機とを車輪の駆動源として併用したハイブリッド自動車に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来より、環境汚染や騒音の防止・抑制のために、ガソリンエンジンやディーゼルエンジンなどの内燃機関と、直流モータや交流モータなどの電動機とを車輪の駆動源として併用した、いわゆる「ハイブリッド自動車」の開発が進んでいる。近年においては、定常走行時に前輪を内燃機関で駆動し、発進時や全開加速時や前輪スリップ時などに後輪を電動機で駆動する、いわゆる４ＷＤ型のハイブリッド自動車が提案されている。
【０００３】前記したハイブリッド自動車の電動機は、回生作動させると発電機としても機能するものであり、車輪を介して電動機に路面反力を伝達して電動機を回生作動させることによって、車両制動力と同時に電力を得ることもできる。このような電動機の回生作動によって得られた電力は、電動機に電力を供給する蓄電装置に蓄えられることとなる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかし、従来のハイブリッド自動車においては、車両が「減速走行状態」にある場合、すなわちアクセルペダルを操作せずにブレーキペダルを操作した場合にのみ電動機の回生作動を行っていたため、車両の走行条件や、運転者のブレーキペダルの操作特性などによっては、蓄電装置の充電レベルが低くなる場合があった。
【０００５】このように蓄電装置の充電レベルが低下すると、例えば前記した４ＷＤ型のハイブリッド自動車においては、必要な状況で後輪を電動機によって駆動することができない場合がある。かかる事態を防止するために、蓄電装置を充電する目的で、エンジンにより駆動される比較的大型の発電機を備える必要があった。
【０００６】本発明の課題は、ハイブリッド自動車において、蓄電装置の充電レベルの低下を未然に防止して走行性能を格段に向上させることである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】以上の課題を解決するために、請求項１記載の発明は、例えば図１および図２に示したように、前後輪の一方を駆動するエンジンと、前後輪の他方を駆動する電動機と、前記電動機に電力を供給するとともに前記電動機の回生作動で発電される電力を蓄積する蓄電手段と、前記蓄電手段の充電レベルを検出する充電レベル検出手段と、所定信号を検出する所定信号検出手段と、検出された所定信号に応じて前記電動機の作動を制御する制御手段とを備えるハイブリッド自動車において、前記制御手段は、検出された所定信号に応じて車両の走行状態を判定する走行状態判定手段と、前記走行状態判定手段で減速走行状態であると判定された場合に、前記電動機を回生作動させる減速時回生作動手段と、前記走行状態判定手段で定常走行状態であると判定され、かつ、検出された前記蓄電手段の充電レベルが所定レベル未満である場合に、前記電動機を回生作動させる定常時回生作動手段とを備えることを特徴とする。
【０００８】請求項１記載の発明によれば、定常走行状態において蓄電手段の充電レベルが所定レベル未満である場合に、電動機を回生作動させる手段を備えるため、定常走行状態のエネルギを有効に利用して蓄電手段の充電を適宜行うことができる。
【０００９】従って、通常の車両に備えられる電装系への給電を目的とした発電機（オルタネータ）の余剰電力を充電に利用して、蓄電手段の充電レベルの低下を未然に防止することができる。この結果、例えば前記した４ＷＤ型のハイブリッド自動車においては、蓄電手段を充電する目的で、エンジンにより駆動される比較的大型の発電機を備える必要がない。また、必要な状況で後輪を電動機によって駆動することができ、走行性能を格段に向上させることができる。
【００１０】請求項２記載の発明は、請求項１記載のハイブリッド自動車において、例えば図３に示すように、前記定常時回生作動手段は、検出された前記蓄電手段の充電レベルに応じて前記電動機の回生量を決定するものであることを特徴とする。
【００１１】請求項２記載の発明によれば、請求項１記載の発明の奏する作用効果に加え、定常時回生作動手段は、検出された蓄電手段の充電レベルに応じて電動機の回生量を決定するものであるので、蓄電手段の充電レベルに応じて最適な回生充電を行うことができる。従って、過充電によって蓄電手段の寿命が短縮するのを未然に防止することができる。
【００１２】請求項３記載の発明は、請求項１または２記載のハイブリッド自動車において、例えば、図３に示すように、前記定常時回生作動手段による前記電動機の回生量は、前記減速時回生作動手段による前記電動機の回生量の１〜１０％とされることを特徴とする。
【００１３】請求項３記載の発明によれば、請求項１または２記載の発明の奏する作用効果に加え、定常時回生作動手段による電動機の回生量は、減速時回生作動手段による電動機の回生量の１〜１０％とされるので、定常走行状態において電動機の回生作動に起因する制動力をきわめて小さくすることができる。従って、定常走行状態において車両に作用する負荷を抑えることができるので、運転者または同乗者が定常走行中に違和感を覚えることがない。
【００１４】請求項４記載の発明は、請求項１、２または３記載のハイブリッド自動車において、前記減速時回生作動手段は、前記蓄電手段が満充電状態に達していない場合にのみ前記電動機を回生作動させるものであることを特徴とする。
【００１５】請求項４記載の発明によれば、請求項１、２または３記載の発明の奏する作用効果に加え、減速時回生作動手段は、蓄電手段が満充電状態に達していない場合にのみ電動機を回生作動させるものであるため、過充電によって蓄電手段の寿命が短縮するのを未然に防止することができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を、図面に基づいて詳細に説明する。
【００１７】本実施の形態においては、図１に示すように、エンジン１０、前輪駆動用バッテリ２０、エンジン駆動制御装置３０、三相交流同期モータ（以下、「同期モータ」という）４０、後輪駆動用バッテリ５０、車輪速センサ６０、アクセルセンサ７０、ブレーキセンサ８０、および、電子コントロールユニット（以下、「ＥＣＵ」という）９０を備え、前輪をエンジン１０で駆動し、後輪を同期モータ４０で駆動する４ＷＤ型のハイブリッド自動車について説明することとする。
【００１８】エンジン１０は、変速機１１を介して前輪側ドライブシャフトＦＳに連結されて前左右輪ＦＬおよびＦＲを駆動するものであり、前輪駆動用バッテリ２０からオルタネータ２１を介して供給される電力によって、エンジン駆動制御装置３０の制御の下で駆動される。このエンジン駆動制御装置３０は、後述するＥＣＵ９０と相互通信可能に電気的に接続されており、同期モータ４０の制御のタイミングを図りながらエンジン１０を駆動制御することができる。
【００１９】同期モータ４０は、差動装置４１を介して後輪側ドライブシャフトＲＳに連結されて後左右輪ＲＬおよびＲＲを駆動する電動機であり、後輪駆動用バッテリ５０からインバータ５１を介して供給された電力によって、ＥＣＵ９０の制御の下で駆動される。また、この同期モータ４０を回生作動させることによって、後輪駆動用バッテリ５０に電力を供給する発電機（ジェネレータ）としても機能させることができる。
【００２０】後輪駆動用バッテリ５０は、同期モータ４０にインバータ５１を介して電力を供給するとともに、同期モータ４０の回生作動で発電される電力を蓄積する蓄電手段である。この後輪駆動用バッテリ５０には、その充電レベル（ＳＯＣ：State Of Charge）を検出する充電レベル検出手段であるバッテリセンサ５２が設けられている。
【００２１】車輪速センサ６０は、車輪の回転速度を検出するものであり、アクセルセンサ７０は、アクセルペダルの操作量（アクセル操作量）を検出するものであり、ブレーキセンサ８０は、ブレーキペダルの操作量（ブレーキ操作量）を検出するものである。これら車輪速センサ６０、アクセルセンサ７０およびブレーキセンサ８０は、所定信号検出手段であり、車輪回転速度、アクセル操作量およびブレーキ操作量は、後述する走行状態判定手段９１に入力される所定信号である。
【００２２】ＥＣＵ９０は、車輪速センサ６０で検出された車輪回転速度、アクセルセンサ７０で検出されたアクセル操作量、および、ブレーキセンサ８０で検出されたブレーキ操作量（所定信号）に応じて、同期モータ４０の作動を制御する制御手段である。このＥＣＵ９０は、図２に示すように、走行状態判定手段９１と、減速時回生作動手段９２と、定常時回生作動手段９３と、加速手段９４とを備える。
【００２３】走行状態判定手段９１は、車輪速センサ６０で検出された車輪回転速度、アクセルセンサ７０でアクセル操作量およびブレーキセンサ８０で検出されたブレーキ操作量（所定信号）に応じて、車両の走行状態を判定するものである。本実施の形態においては、アクセル操作量が急激に増加した場合に「加速走行状態」と判定し、アクセル操作量が検出されずブレーキ操作量が検出された場合に「減速走行状態」と判定し、加速走行状態と減速走行状態以外の走行状態を「定常走行状態」と判定することとしている。
【００２４】減速時回生作動手段９２は、走行状態判定手段９１で「減速走行状態」と判定された場合に、同期モータ４０を回生作動させるものである。本実施の形態においては、バッテリ５０が満充電状態に達していない場合にのみ同期モータ４０を回生作動させることとした。なお、本実施の形態における「満充電状態」とは、バッテリ５０のＳＯＣが「９０％以上」の状態を意味する。
【００２５】定常時回生作動手段９３は、走行状態判定手段９１で「定常走行状態」と判定され、かつ、バッテリセンサ５２でバッテリ５０の充電レベルが所定レベル以下であると検出された場合に、同期モータ４０を回生作動させるものである。なお、本実施の形態における「所定レベル」とは、バッテリ５０のＳＯＣが「５０％」の状態を意味する。
【００２６】本実施の形態における定常時回生作動手段９３は、検出されたバッテリ５０の充電レベルに応じて同期モータ４０の回生量を決定するものであり、かつ、その回生量（以下、「定常時回生量」という）は、減速時回生作動手段９２による同期モータ４０の回生量（以下、「減速時回生量」という）の１〜１０％としている。具体的には、定常時回生量は図３のグラフに示した関係によって決定される。
【００２７】図３のグラフは、縦軸にＲS（％）を、横軸にバッテリ３０のＳＯＣ（％）をとったものである。ここで、ＲSとは、減速時回生量ＰRLに対する定常時回生量ＰRSの割合を意味し、ＲS＝（ＰRS／ＰRL）×１００と表される。
【００２８】本実施の形態においては、図３に示すとおり、ＲSとＳＯＣとの関係は、ＲS＝５０／ＳＯＣなる反比例の式で表され、この式に基づいて、検出されたバッテリ５０のＳＯＣの値に応じて適切なＲSの値を設定することができる。例えば、検出されたバッテリ５０のＳＯＣが５０％である場合にはＲSは１（％）と設定され、ＳＯＣが５％である場合にはＲSは１０（％）と設定されることとなる。
【００２９】すなわち、ＳＯＣが比較的大きい場合には、ＲSを可及的小さい値に設定して少量ずつ回生充電を行うとともに車両に作用する負荷（回生制動力）を抑えるようにし、ＳＯＣが小さい場合には、ＲSを比較的大きい値に設定して速やかに回生充電を行うようにしている。ただし、定常時回生量ＰRSは、減速時回生量ＰRLの１０％にとどまるようにしている。
【００３０】加速手段９４は、走行状態判定手段９１で「加速走行状態」にあると判定された場合に、同期モータ４０を駆動させて後左右輪ＲＬおよびＲＲを駆動するものである。本実施の形態に係るハイブリッド自動車は、この加速手段９４が設けられているため、エンジン１０による前輪の駆動と同期モータ４０による後輪の駆動とを同時に行う「４ＷＤ走行」が可能となるので、きわめて高い加速性能を得ることができる。
【００３１】次に、本実施の形態に係るハイブリッド自動車の回生制御動作を、図４のフローチャートを用いて説明する。
【００３２】まず、車輪速センサ６０、アクセルセンサ７０およびブレーキセンサ８０で検出した車輪回転速度、アクセル操作量およびブレーキ操作量の信号（所定信号）を、ＥＣＵ９０に入力する（所定信号入力工程：Ｓ１）。ＥＣＵ９０の走行状態判定手段９１は、この所定信号を受けて車両の走行状態を判定する（走行状態判定工程：Ｓ２）。
【００３３】走行状態判定手段９１では、まず、車両の走行状態が「加速走行状態」にあるか否かを判定する（加速域判定工程：Ｓ３）。加速走行状態にあると判定された場合には、ＥＣＵ９０の加速手段９４によって同期モータ４０を駆動させて後左右輪ＲＬおよびＲＲを駆動する（後輪駆動工程：Ｓ４）。この場合には、回生作動を行うことなく制御動作を終了する。
【００３４】加速域判定工程Ｓ３で、車両の走行状態が「加速走行状態」にないと判定された場合には、「減速走行状態」にあるか否かを判定し（減速域判定工程：Ｓ５）、減速走行状態にあると判定された場合には、バッテリ５０が満充電状態（ＳＯＣが９０％以上の状態）に達しているか否かを判別する（満充電状態判別工程：Ｓ６）。バッテリ５０が満充電状態にある場合には、回生作動を行うことなく制御動作を終了する。
【００３５】バッテリ５０が満充電状態にない場合には、ＥＣＵ９０の減速時回生作動手段９２によって同期モータ４０の回生作動を行う（減速時回生工程：Ｓ７）。この同期モータ４０の回生作動による発電によってバッテリ５０が満充電状態に達した場合には、制御動作を終了する。
【００３６】加速域判定工程Ｓ３で加速走行状態にないと判定され、かつ、減速域判定工程Ｓ５で減速走行状態にないと判定された場合（すなわち「定常走行状態」と判定された場合）には、バッテリ５０の充電レベルが所定レベル（ＳＯＣ５０％の状態）以上か否かを判別する（所定レベル判別工程：Ｓ８）。バッテリ５０の充電レベルが所定レベル以上である場合には、回生動作を行うことなく制御動作を終了する。
【００３７】バッテリ５０の充電レベルが所定レベル未満である場合には、ＥＣＵ９０の定常時回生作動手段９３によって同期モータ４０の回生作動を行う（「定常時回生工程：Ｓ９）。この同期モータ４０の回生作動による発電によってバッテリ５０の充電レベルが所定レベル以上となった場合には、制御動作を終了する。
【００３８】本実施の形態に係るハイブリッド自動車によれば、走行状態判定手段９１で「定常走行状態」であると判定され、かつ、バッテリセンサ５２で検出されたバッテリ５０の充電レベルが所定レベル（ＳＯＣ５０％の状態）未満である場合に、同期モータ４０を回生作動させる定常時回生作動手段９３を備えるため、定常走行状態のエネルギを有効に利用してバッテリ５０の充電を適宜行うことができる。
【００３９】従って、バッテリ５０の充電レベルを、常時所定レベル以上に維持することができる。この結果、発進時、全開加速時および前輪スリップ時などの後輪の補助駆動を要する場合において、確実に後輪を駆動させて４ＷＤ走行に移行することができる。すなわち、走行性能を格段に向上させることができる。
【００４０】また、本実施の形態に係るハイブリッド自動車によれば、定常時回生作動手段９３は、検出されたバッテリ５０の充電レベルに応じて同期モータ４０の回生量を決定するものである（図３参照）ので、バッテリ５０の充電レベルに応じて最適な回生充電を行うことができる。従って、過充電によってバッテリ５０の寿命が短縮するのを未然に防止することができる。
【００４１】さらに、本実施の形態に係るハイブリッド自動車によれば、定常時回生作動手段９３による同期モータ４０の回生量（定常時回生量）ＰRSは、減速時回生作動手段９２による同期モータ４０の回生量（減速時回生量）ＰRLの１〜１０％とされる（図３参照）ので、同期モータ４０の回生作動に起因する制動力をきわめて小さいものとすることができる。この結果、定常走行状態において車両に作用する負荷を抑えることができるので、運転者または同乗者が定常走行中に違和感を覚えることがない。
【００４２】さらにまた、本実施の形態に係るハイブリッド自動車によれば、減速時回生作動手段９２は、バッテリ５０が満充電状態に達していない場合にのみ同期モータ４０を回生作動させるものであるため、過充電によってバッテリ５０の寿命が短縮するのを未然に防止することができる。
【００４３】なお、本実施の形態においては、ＲS（減速時回生量ＰRLに対する定常時回生量ＰRSの割合）とＳＯＣとが反比例の関係にある場合を例示した（図３参照）が、これに限られるものではない。例えば、ＲSとＳＯＣとの関係が、図５に示すような線形の式で表されるものでもよい。この場合にも、ＳＯＣが比較的大きい場合には、ＲSを可及的小さい値に設定して少量ずつ回生充電を行うとともに車両に作用する負荷（回生制動力）を抑えることができ、ＳＯＣが小さい場合には、ＲSを比較的大きい値に設定して速やかに回生充電を行うことができる。
【００４４】また、本実施の形態においては、ＲSの範囲を１〜１０（％）と設定したが、車両や走行条件などに応じてこのＲSの値（範囲）を適宜変更することができる。また、本実施の形態においては、バッテリ５０の充電レベル（所定レベル）をＳＯＣ５０％と設定したが、この所定レベルの値も、車両や走行条件などに応じて適宜変更することができる。
【００４５】
【発明の効果】請求項１記載の発明によれば、定常走行状態のエネルギを有効に利用して蓄電手段の充電を適宜行うことができるので、蓄電手段の充電レベルを、常時所定レベル以上に維持することができる。従って、例えば、前輪をエンジンで、後輪を電動機で駆動させる４ＷＤ型のハイブリッド自動車においては、発進時、全開加速時および前輪スリップ時などの後輪の補助駆動を要する場合において、確実に後輪を駆動させて４ＷＤ走行に移行することができ、走行性能を格段に向上させることができる。
【００４６】請求項２記載の発明によれば、請求項１記載の発明の効果を奏するのは勿論のこと、定常時回生作動手段は、検出された蓄電手段の充電レベルに応じて電動機の回生量を決定するものであるので、蓄電手段の充電レベルに応じて最適な回生充電を行うことができる。従って、過充電によって蓄電手段の寿命が短縮するのを未然に防止することができる。
【００４７】請求項３記載の発明によれば、請求項１または２記載の発明の効果を奏するのは勿論のこと、定常時回生量は、減速時回生量の１〜１０％とされるので、電動機の回生作動に起因する制動力をきわめて小さいものとすることができる。従って、定常走行状態において車両に作用する負荷を抑えることができるので、運転者または同乗者が定常走行中に違和感を覚えることがない。
【００４８】請求項４記載の発明によれば、請求項１、２または３記載の発明の効果を奏するのは勿論のこと、減速時回生作動手段は、蓄電手段が満充電状態に達していない場合にのみ電動機を回生作動させるものであるため、過充電によって蓄電手段の寿命が短縮するのを未然に防止することができる。
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| 【出願人】 |
【識別番号】０００００５３４８
【氏名又は名称】富士重工業株式会社
【住所又は居所】東京都新宿区西新宿一丁目７番２号
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| 【出願日】 |
平成１３年１１月２日（２００１．１１．２） |
| 【代理人】 |
【識別番号】１０００９００３３
【弁理士】
【氏名又は名称】荒船 博司 （外１名）
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| 【公開番号】 |
特開２００３−１４３７０８（Ｐ２００３−１４３７０８Ａ） |
| 【公開日】 |
平成１５年５月１６日（２００３．５．１６） |
| 【出願番号】 |
特願２００１−３３８２０２（Ｐ２００１−３３８２０２） |
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