| 【発明の名称】 |
車両のハイブリッドシステム |
| 【発明者】 |
【氏名】合田 英明
【住所又は居所】埼玉県上尾市大字壱丁目１番地 日産ディーゼル工業株式会社内
【氏名】仁科 充広
【住所又は居所】埼玉県上尾市大字壱丁目１番地 日産ディーゼル工業株式会社内
【氏名】鈴木 祐次
【住所又は居所】埼玉県上尾市大字壱丁目１番地 日産ディーゼル工業株式会社内
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| 【要約】 |
【課題】変速機と、クラッチと、電動機と発電機を兼ねる回転電機と、回転電機の入出力軸と変速機の入力軸を連結する動力伝達機構と、回転電機からの電力を蓄える蓄電要素と、を備える車両のハイブリッドシステムにおいて、車両の停止時にエンジンの燃費性能および排気性能を良好に維持しつつ、エンジンの出力による発電量を最大限に確保できるようにする。また、安定した発電状態が得られるようにする。
【解決手段】エンジン回転数からエンジントルク高効率曲線上の目標エンジントルクを求め（S4.2）、エンジン回転数とアクスル開度とから現在のエンジントルクを求め、変速機がニュートラルかつ車両が停止状態かつ蓄電要素への充電が必要なときに目標エンジントルクと現在のエンジントルクとの差を回転電機の目標発電トルクに設定し（S4.3）、目標発電トルクに応じた過渡時間を設定し（S4.4）、この過渡時間をかけて回転電機の発電トルクを目標発電トルクへ徐々に高めるように制御する（S4.5）。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】入力軸の回転を変速して出力軸から車輪へ伝達する変速機と、エンジンの出力軸と変速機の入力軸を断続するクラッチと、電動機と発電機を兼ねる回転電機と、回転電機の入出力軸と変速機の入力軸を連結する動力伝達機構と、回転電機からの電力を蓄える蓄電要素と、を備える車両のハイブリッドシステムにおいて、エンジン回転数からエンジントルク高効率曲線上の目標エンジントルクを求める手段と、エンジン回転数とアクスル開度とから現在のエンジントルクを求める手段と、変速機がニュートラルかつ車両が停止状態かつ蓄電要素への充電が必要なときに目標エンジントルクと現在のエンジントルクとの差を回転電機の目標発電トルクに設定する手段と、回転電機の発電トルクを目標発電トルクに制御する手段と、を備えたことを特徴とする車両のハイブリッドシステム。
【請求項２】入力軸の回転を変速して出力軸から車輪へ伝達する変速機と、エンジンの出力軸と変速機の入力軸を断続するクラッチと、電動機と発電機を兼ねる回転電機と、回転電機の入出力軸と変速機の入力軸を連結する動力伝達機構と、回転電機からの電力を蓄える蓄電要素と、を備える車両のハイブリッドシステムにおいて、エンジン回転数からエンジントルク高効率曲線上の目標エンジントルクを求める手段と、エンジン回転数とアクスル開度とから現在のエンジントルクを求める手段と、変速機がニュートラルかつ車両が停止状態かつ蓄電要素への充電が必要なときに目標エンジントルクと現在のエンジントルクとの差を回転電機の目標発電トルクに設定する手段と、目標発電トルクに応じた過渡時間を設定する手段と、この過渡時間をかけて回転電機の発電トルクを目標発電トルクへ徐々に高めるように制御する手段と、を備えたことを特徴とする請求項１の記載に係る車両のハイブリッドシステム。
【請求項３】変速機がニュートラルかつ車両の停止状態かつ蓄電要素への充電が必要ないときにエンジンの運転を停止する手段と、を備えたことを特徴する請求項１または請求項２の記載に係る車両のハイブリッドシステム。
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【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、車両の動力源にエンジンと回転電機（モータジェネレータ）を備える、いわゆるパラレル方式のハイブリッドシステムに関する。
【０００２】
【従来の技術】パラレル方式のハイブリッドシステムとして、入力軸の回転を変速して出力軸から車輪へ伝達する変速機と、エンジンの出力軸と変速機の入力軸を断続するクラッチと、電動機と発電機を兼ねる回転電機と、回転電機の入出力軸と変速機の入力軸を連結する動力伝達機構と、回転電機から供給される電力を蓄える蓄電要素と、を備えたものがある（特願2000-332963号、参照）。
【０００３】この例においては、車両の駆動力を制御するため、蓄電要素のSOCをパラメータに回転電機の出力とエンジンの出力との分担比を設定する制御マップ（図、参照）がハイブリッドシステムの制御装置に格納される。制御装置は、制御マップから蓄電要素のSOC情報に応じた出力分担比を求め、この分担比とアクセル操作量に基づいて、回転電機の出力およびエンジンの出力を制御するのである。
【０００４】エンジン出力による発電やエンジン出力のアシストを行う回転電機（モータジェネレータ）を備えるハイブリッドシステムであるが、要求発電量を得るための発電を行う際、エンジンの排気性能に大きな影響を与えるパラメータからエンジン動作可能領域を定め、その範囲内で運転されるようにエンジン回転数を補正して発電を行うものは開示される（特開200１-37008号、参照）。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】このようなハイブリッドシステムにおいても、車両が停止かつ変速機がニュートラルの場合、エンジンアイドルストップ制御を行うことが考えられる。しかしながら、エンジンアイドルストップは、蓄電要素のSOC（State Of Chage）との関係から制御しないと、蓄電要素に充電可能な有効な機会が失われることになり、回転電機の出力のみによる車両の発進が成立しづらくなってしまう。回転電機の最高出力は低回転時に大きく、回転が上がるに連れて低下する特性のため、車両の発進に回転電機の出力を最大限に活用することが望まれるのである。
【０００６】この発明は、このような課題に応える対策手段の提供を目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】第１の発明は、入力軸の回転を変速して出力軸から車輪へ伝達する変速機と、エンジンの出力軸と変速機の入力軸を断続するクラッチと、電動機と発電機を兼ねる回転電機と、回転電機の入出力軸と変速機の入力軸を連結する動力伝達機構と、回転電機からの電力を蓄える蓄電要素と、を備える車両のハイブリッドシステムにおいて、エンジン回転数からエンジントルク高効率曲線上の目標エンジントルクを求める手段と、エンジン回転数とアクスル開度とから現在のエンジントルクを求める手段と、変速機がニュートラルかつ車両が停止状態かつ蓄電要素への充電が必要なときに目標エンジントルクと現在のエンジントルクとの差を回転電機の目標発電トルクに設定する手段と、回転電機の発電トルクを目標発電トルクに制御する手段と、を備えたことを特徴とする。
【０００８】第２の発明は、入力軸の回転を変速して出力軸から車輪へ伝達する変速機と、エンジンの出力軸と変速機の入力軸を断続するクラッチと、電動機と発電機を兼ねる回転電機と、回転電機の入出力軸と変速機の入力軸を連結する動力伝達機構と、回転電機からの電力を蓄える蓄電要素と、を備える車両のハイブリッドシステムにおいて、エンジン回転数からエンジントルク高効率曲線上の目標エンジントルクを求める手段と、エンジン回転数とアクスル開度とから現在のエンジントルクを求める手段と、変速機がニュートラルかつ車両が停止状態かつ蓄電要素への充電が必要なときに目標エンジントルクと現在のエンジントルクとの差を回転電機の目標発電トルクに設定する手段と、目標発電トルクに応じた過渡時間を設定する手段と、この過渡時間をかけて回転電機の発電トルクを目標発電トルクへ徐々に高めるように制御する手段と、を備えたことを特徴とする。
【０００９】第３の発明は、第１の発明または第２の発明に係る車両のハイブリッドシステムにおいて、変速機がニュートラルかつ車両の停止状態かつ蓄電要素への充電が必要ないときにエンジンの運転を停止する手段と、を備えたことを特徴する。
【００１０】
【発明の効果】第１の発明においては、変速機がニュートラルかつ車両が停止状態のときに蓄電要素のSOC（State Of Chage）が小さく充電が必要な場合、回転電機は目標発電トルクに制御される。回転電機の発電により、蓄電要素は充電されるので、車両の発進が回転電機の出力のみによる機会が多く得られるようになる。エンジンは、アイドルスピードコントロールにより、回転電機からの負荷（発電トルク）に応じて燃料供給量が増やされ、エンジン回転数を一定に保ちながら、エンジントルクを高めるように制御されるのである。回転電機の目標発電トルク＝目標エンジントルク−現在のエンジントルクに設定され、目標エンジントルクは、エンジントルク高効率曲線上における、エンジン回転数との対応点に拠るため、燃費性能（および排気性能）も良好に確保される。
【００１１】第２の発明においては、変速機がニュートラルかつ車両が停止状態のときに蓄電要素への充電が必要な場合、回転電機は目標発電トルクに制御される。この場合、回転電機の発電トルクは、所定の過渡時間をかけて目標発電トルクへ徐々に高められるので、エンジンへの負荷（発電トルク）の変化が緩やかになり、エンジン回転数の乱れ（急激な負荷変動に原因する）も避けられるので、排気性能を悪化させることなく、エンジンの出力による安定した発電状態が得られる。
【００１２】第３の発明においては、変速機がニュートラルかつ車両の停止状態の場合、蓄電要素への充電が必要ないときは、エンジンの運転が停止されるので、車両の発進が回転電機の出力のみによる機会を減らすことなく、その範囲において、エンジンアイドルストップ効果も生かせるのである。
【００１３】
【発明の実施の形態】図１において、１はエンジン、２は歯車式の変速機であり、これらの間に摩擦クラッチ３が介装される。エンジン１は、ディーゼルエンジン（または高圧天然ガスを燃料とするCNGエンジン）が採用される。４は回転電機（モータジェネレータ）であり、その入出力軸４ａは動力伝達機構５（ギヤボックス）を介して変速機２の入力軸２ａに連結される。
【００１４】変速機２には、そのギヤシフトを制御するコントロールユニット６が備えられる。コントロールユニット６は、運転室のチェンジレバー装置７およびハイブリッド電子制御ユニット１０（ハイブリッドECU）に接続され、チェンジレバー装置７がギヤシフト指令を発生すると、その指令に応じたギヤシフトをハイブリッドECU１０の命令に従って制御する。
【００１５】クラッチ３には、これを断続するクラッチアクチュエータ８が備えられる。クラッチアクチュエータ８は、ハイブリッドECU１０の要求に応じてエンジン１から変速機２およびギヤボックス５への動力の伝達を断続する。エンジン１の燃料噴射量（燃料供給量）を制御するのがエンジン電子制御ユニット１５（エンジンECU）であり、エンジン１の回転速度（エンジン回転数）を検出するエンジン回転センサ１６が備えられる。エンジンECU１５は、エンジン回転センサ１６の検出信号およびハイブリッドECU１０の要求に応じてエンジン１の燃料噴射量を制御する。
【００１６】車輪に制動力を発生させるブレーキアクチュエータ２１は、ブレーキ電子制御ユニット２０（ブレーキECU）により、ハイブリッドECU１０からの情報（回転電機４の回生制動力）およびブレーキペダル２２の踏み量（要求制動力）に基づいて、回生制動力で賄い切れない要求制動力の不足分を補うように制御される。２３はブレーキペダル２２の踏み量を検出するブレーキセンサである。
【００１７】回転電機４は、高効率および小形軽量化の面から、永久磁石型同期電動機（ＩＰＭ同期モータ）が使用され、蓄電要素９にインバータ１１を介して接続される。蓄電要素９には、ブレーキエネルギを短時間で無駄なく高効率に回生するため、車両の電池許容質量に対して必要な出力密度を確保しやすい、電気二重層キャパシタが使用される。
【００１８】インバータ１１は、ハイブリッドECU１０の要求に応じて回転電機４を電動モードまたは発電モードに制御する。電動モードにおいては、蓄電要素９の充電電力（直流電力）を交流電力に変換して回転電機４を駆動する一方、発電モードにおいては、回転電機４の発電電力（交流電力）を直流電力に変換して蓄電要素９を充電する。
【００１９】ギヤボックス５は、回転電機４の入出力軸４ａに連結されるドライブギヤ５ａと、変速機２の入力軸２ａに連結されるドリブンギヤ５ｂと、これらに噛み合うアイドラギヤ５ｃと、から構成される。回転電機４の入出力軸４ａの回転は、ギヤボックス５により減速され、変速機２の入力軸２ａへ伝達される一方、変速機２の入力軸２ａの回転は、ギヤボックス５により増速され、回転電機４の入出力軸４ａへ伝達される。
【００２０】ハイブリッドECU１０は、アクセルペダル１２の踏み量からアクセル開度（要求駆動力）を検出するアクセル開度センサ１３と、クラッチ３の断続状態を検出するクラッチ位置センサ１４と、変速機２のギヤポジションを検出するシフト位置センサ１７と、変速機２の出力側の回転速度を検出する車速センサ１８（変速機２の出力回転センサ）と、変速機２の入力側の回転速度として回転電機４の入出力軸４ａに連結するドライブギヤ５ａの回転速度を検出するギヤ回転センサ１９（変速機２の入力回転センサ）と、が備えられる。
【００２１】これらの検出信号および蓄電要素９のSOC（State Of Chage）を含む各種情報（エンジンECU１５，ブレーキECU２０，変速機２のコントロールユニット６，インバータ１１、から得られる）に基づいて、ハイブリッドECU１０は、クラッチアクチュエータ８，回転電機４のインバータ１１、を制御する一方、エンジンECU１５およびブレーキECU２０への要求、変速機２のコントロールユニット６への命令（ギヤ抜きのタイミング信号，ギヤ入れのタイミング信号）、を送信する。
【００２２】図２は、蓄電要素９のSOCをパラメータに回転電機４の出力とエンジン１の出力との分担比を設定する制御マップであり、ハイブリッドECU１０に格納される。ハイブリッドECU１０は、制御マップから蓄電要素９のSOC情報に応じた出力分担比を求め、この分担比と要求駆動力（アクセル操作量）に基づいて、回転電機４の出力およびエンジン１の出力を制御する。つまり、回転電機４が分担出力を発生するようにインバータ１１を制御する一方、エンジンECU１５への要求（エンジン１の分担出力に応じた燃料供給量）を送信するのである。
【００２３】回転電機４の出力分担比＝１（エンジン１の出力分担比＝０）の場合、クラッチ３を切断した状態において、アクセル操作量に相当する出力が回転電機４から得られるようにインバータ１１を制御する。回転電機４の出力分担比＜１（エンジン１の出力分担比＞０）の場合、クラッチ３を接続した状態において、蓄電要素９のSOCの低下に連れて回転電機４の分担出力が小さくなり、それに応じてエンジン１の分担出力が大きくなるようにエンジンECUへの要求およびインバータ１１を制御する。エンジン１の出力分担比が＝１（回転電機の出力分担比＝０）の場合、アクセル操作量に相当する出力がエンジン１から得られるようにエンジンECU１５へ要求を制御する。
【００２４】ハイブリッドECU１０は、ブレーキECU２０との協調制御により、蓄電要素９への充電が可能な限り、クラッチ３を切断した状態において、ブレーキ操作量（ブレーキペダルの踏み量）に相当する回生制動力が回転電機４から得られるようにインバータ１１を制御する一方、ブレーキ操作量に相当する要求制動力を回転電機４の回生制動力で賄い切れない場合、その分の制動力はブレーキアクチュエータ２１の発生する制動力で補うようにブレーキECU２０へ要求を送信する。また、蓄電要素９のSOC情報から、発電の必要を判定すると、クラッチ３の接続状態において、エンジン１の出力に余裕がある場合、回転電機４の発電により、蓄電要素９を充電するようにインバータ１１を制御する。
【００２５】図３は、車両の停止時における、回転電機４の発電制御を説明するフローチャートであり、S1においては、シフト位置センサ１７の検出信号を読み取り、変速機２がニュートラルかどうか、を判定する。S2においては、車速センサ１８の検出信号を読み取り、車両が停止状態（車速が０かそれに近い極く低速）かどうか、を判定する。S1の判定がyesかつS2の判定がyesのときは、S3へ進む一方、S1および32における判定の少なくとも一方がnoのときは、RETURNへ抜ける。S3においては、蓄電要素９のSOC情報から充電が必要（SOCが所定レベル以下）かどうかを判定する。S3の判定がyesのときは、S4の発電モードへ進む一方、S3の判定がnoのときは、S5のアイドルストップモード（エンジン１の運転を停止する制御）へ行くのである。
【００２６】図４は、S4の処理内容を説明するフローチャートであり、ハイブリッドECU１０に図５〜図７のような制御マップが格納される。S4.1においては、エンジン回転センサ１６の検出信号およびアクセル開度センサ１３の検出信号を読み取る。S4.2においては、図５のような制御マップに基づいて、エンジントルク高効率曲線上における、エンジン回転数に対応する交点を目標エンジントルクに設定する。
【００２７】S4.3においては、エンジン回転数とアクセル開度とから、図６（ａ）のような制御マップに基づいて、ラック位置（燃料噴射量）を求め、ラック位置とエンジン回転数とから、図６（ｂ）のような制御マップに基づいて、現在（S4.1において、エンジン回転数およびアクセル開度を読み込む時点）のエンジントルクを求め、回転電機の目標発電トルク＝目標エンジントルク−現在のエンジントルクを設定する。
【００２８】S4.4においては、図７のような制御マップに基づいて、目標発電トルクに応じた過渡時間（徐変時間）を設定する。S4.5においては、回転電機４の発電トルクをこの過渡時間をかけて目標発電トルクへ徐々に高め、その後は発電モードへの条件が崩れない限り（S１〜S3における判定の少なくとも１つがnoとなるまでの間）、目標発電トルクに維持するよう、図８のようにインバータ１１への指令値を制御する。なお、この処理も所定の周期毎に繰り返されるが、目標発電トルクが既設の場合、S１〜S3における判定の少なくとも１つがnoとなるまでの間、S4.1〜S4.4の処理はパスされる。
【００２９】このような構成により、車両の停止時（変速機２がニュートラルかつ車速が０かそれに近い極く低速のとき）は、蓄電要素９のSOCが小さく充電が必要な場合、回転電機４は目標発電トルクに制御される。回転電機４の発電により、蓄電要素９は充電されるので、車両の発進が回転電機４の出力のみによる機会が多く得られるようになる。エンジン１は、アイドルスピードコントロールにより、回転電機４からの負荷（発電トルク）に応じて燃料噴射量が増やされ、エンジン回転数を一定に保ちながら、エンジントルクを高めるように制御されるのである。目標エンジントルクは、エンジントルク高効率曲線上における、エンジン回転数との対応点に設定のため、燃費性能（および排気性能）も良好に確保される。図９は、制御の内容を説明する概要図であり、回転電機４の発電トルクは、目標発電トルク＝目標エンジントルク−エンジンノーロードトルクに制御される。
【００３０】回転電機４の発電トルクは、ステップ出力（図、参照）のように目標発電トルクへ瞬間的に高められるのでなく、所定の過渡時間をかけて徐々に高められるため、エンジン１への負荷（発電トルク）の変化が緩やかになり、エンジン回転数の乱れも避けられるので、排気性能を悪化させることなく、エンジン１の出力による安定した発電状態が得られる。また、車両の停止時に蓄電要素９への充電が必要ないときは、エンジン１の運転が停止されるので、車両の発進が回転電機４の出力のみによる機会を減らすことなく、その範囲において、エンジンアイドルストップ効果も生かせるのである。
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| 【出願人】 |
【識別番号】０００００３９０８
【氏名又は名称】日産ディーゼル工業株式会社
【住所又は居所】埼玉県上尾市大字壱丁目１番地
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| 【出願日】 |
平成１４年２月１３日（２００２．２．１３） |
| 【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２００３−２３５１１０（Ｐ２００３−２３５１１０Ａ） |
| 【公開日】 |
平成１５年８月２２日（２００３．８．２２） |
| 【出願番号】 |
特願２００２−３５２４３（Ｐ２００２−３５２４３） |
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