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JP4697247B2 - ハイブリッド車両 - Google Patents

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JP4697247B2
JP4697247B2 JP2008052445A JP2008052445A JP4697247B2 JP 4697247 B2 JP4697247 B2 JP 4697247B2 JP 2008052445 A JP2008052445 A JP 2008052445A JP 2008052445 A JP2008052445 A JP 2008052445A JP 4697247 B2 JP4697247 B2 JP 4697247B2
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Japan
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hybrid vehicle
power
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克行 齊藤
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Nissan Motor Co Ltd
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Nissan Motor Co Ltd
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Priority to US12/811,486 priority patent/US8210986B2/en
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Description

本発明は、ハイブリッド車両に関し、詳細には、電力源の劣化に応じてＥＶ走行領域を変更するように構成したハイブリッド車両に関する。
近年、エンジンとバッテリを動力源とするハイブリッド車両の開発が進められている。特に、電力源としてよく使用されるバッテリの充電状態（ＳＯＣ）やその劣化状態に応じたハイブリッド車両用の技術が多数開発されつつある。
例えば、ハイブリッド車両において、バッテリ劣化を考慮してバッテリの入出力パワーを可変にする制御が知られている（特許文献１を参照されたい）。また、ハイブリッド車両において、バッテリ劣化により、アイドルストップ判定閾値をバッテリＳＯＣが高い値に変更する制御が知られている（特許文献２を参照されたい）。
特開2000-125415号公報 特開2001-268708号公報
上述した従来技術は、バッテリの劣化に応じて、ハイブリッド車両の制御を変更するものである。しかしながら、上述した従来技術では、モータのみでの走行継続時間（即ち、距離）に着目した制御が考慮されていなかった。そのためバッテリが劣化していくと、モータのみでの走行継続時間が次第に減少していくという問題が起こる。
本発明の目的は、上述した諸問題に鑑み、バッテリが劣化しても、新品時と同様のＥＶ継続走行時間（距離）を確保できるハイブリッド車両を提供することである。
上述した諸課題を解決すべく、第１の発明にハイブリッド車両は、
車輪を駆動するための動力源としてのエンジンおよびモータ／ジェネレータと、前記モータ／ジェネレータとの間で電力の授受を行なう電力源と、を具え、前記エンジン側から前記モータ／ジェネレータにエンジントルクを入力して発電するエンジン発電と、前記車輪側からモータ／ジェネレータにイナーシャトルクを入力して発電する走行回生発電との少なくとも一方が可能であるハイブリッド車両であって、
前記電力源の充電状態で規定される、モータ／ジェネレータの駆動力のみで走行するＥＶ走行領域を、前記電力源の劣化に応じて、拡大する制御部、
を具える。
上述したように本発明の解決手段を装置として説明したが、本発明はこれらに実質的に相当する方法、プログラム、プログラムを記録した記憶媒体としても実現し得るものであり、本発明の範囲にはこれらも包含されるものと理解されたい。なお、下記の方法やプログラムの各ステップは、データの処理においては必要に応じて、CPU、DSPなどの演算処理装置を使用するものであり、入力したデータや加工・生成したデータなどを磁気テープ、HDD、メモリなどの記憶装置に格納するものである。
電力源（典型的にはバッテリ）は使用時間の長さ或いは経年変化によって、その容量が次第に低下していく、即ち、電力源の蓄電能力が劣化していく。これに応じて同じ充電状態であってもＥＶ走行可能距離（即ち、出力できる電力量）も減少していくことになるが、本発明によれば、電力源の使用時間の長さ或いは経年変化に影響されずに、同じＥＶ走行可能距離（即ち、出力できる電力量）を維持することが可能となる。従って、電力源が劣化しても、電力源が新品のときと同じＥＶ走行可能距離を維持することが可能となる。
本発明の一実施態様は、
前記ＥＶ走行領域が、前記電力源の充電状態と前記電力源の出力電力とで規定されている、ことを特徴とする。
また、本発明の一実施態様は、
前記制御部が、前記ＥＶ走行領域を、前記電力源の劣化に応じて拡大する、
ことを特徴とする。
また、本発明の一実施態様は、
前記制御部が、ＥＶ走行領域の変更を該ハイブリッド車両の停止時、または、該制御部の起動時にのみ行う、ことを特徴とする。
また、本発明の一実施態様は、
前記ハイブリッド車両が、前記エンジンを、前記モータ／ジェネレータによって始動するように構成され、
前記制御部が、前記モータ／ジェネレータによって前記エンジンを始動できる範囲内において、前記ＥＶ走行領域を前記電力源の劣化に応じて拡大する、
ことを特徴とする。
以降、諸図面を参照しながら、本発明の実施態様を詳細に説明する。
図１は、本発明を適用可能なフロントエンジン・リヤホイールドライブ式ハイブリッド車両のパワートレーンの一例を示す図である。図１に示すように、1はエンジン、2は駆動車輪（後輪）である。図１に示すハイブリッド車両のパワートレーンにおいては、通常の後輪駆動車と同様にエンジン1の車両前後方向後方に自動変速機3をタンデムに配置し、エンジン1（クランクシャフト1a）からの回転を自動変速機3の入力軸3aへ伝達する軸4に結合してモータ／ジェネレータ5を設ける。
モータ／ジェネレータ5は、モータとして作用したり、ジェネレータ（発電機）として作用するもので、エンジン1および自動変速機3間に配置する。このモータ／ジェネレータ5およびエンジン1間に、より詳しくは、軸4とエンジンクランクシャフト1aとの間に第1クラッチ6を介挿し、この第1クラッチ6によりエンジン1およびモータ／ジェネレータ5間を切り離し可能に結合する。ここで第1クラッチ6は、伝達トルク容量を連続的に変更可能なものとし、例えば、比例ソレノイドでクラッチ作動油流量およびクラッチ作動油圧を連続的に制御して伝達トルク容量を変更可能な湿式多板クラッチで構成する。
モータ／ジェネレータ5および自動変速機3間に、より詳しくは、軸4と変速機入力軸3aとの間に第2クラッチ7を介挿し、この第2クラッチ7によりモータ/ジェネレータ5および自動変速機3間を切り離し可能に結合する。第2クラッチ7も第1クラッチ6と同様、伝達トルク容量を連続的に変更可能なものとし、例えば、比例ソレノイドでクラッチ作動油流量およびクラッチ作動油圧を連続的に制御して伝達トルク容量を変更可能な湿式多板クラッチで構成する。
自動変速機3は、複数の摩擦要素（クラッチやブレーキ等）を選択的に締結したり解放することで、これら摩擦要素の締結・解放組み合わせにより伝動系路（変速段）を決定するものとする。従って自動変速機3は、入力軸3aからの回転を選択変速段に応じたギヤ比で変速して出力軸3bに出力する。この出力回転は、ディファレンシャルギヤ装置8により左右後輪2へ分配して伝達され、車両の走行に供される。但し自動変速機3は、上記したような有段式のものに限られず、現在の変速段から目標変速段へ無段階にさせることができる変速機であってもよいのは言うまでもない。
比較例によるハイブリッド車両のバッテリＳＯＣ値に関する制御では、回生が十分に可能であり、力行も十分に可能である「ネライ値（目標値）」にＳＯＣ値が収束するように、回生および力行を行うパワーマネージメント制御が行われている。そして、ＥＶ走行可能なＳＯＣ値の下限は、新品時のバッテリの性能に基づき設定される。図７は、このような比較例によるＥＶ走行領域を規定するマップである。図に示すように、縦軸の正にバッテリパワー（出力）、負の側にバッテリパワー（入力）を取り、横軸にはバッテリのＳＯＣ（充電状態、充電量）を取った図である。ハイブリッド車両の出荷時（新品時）には、ＳＯＣのネライ値T1は、例えば６０に設定されているものとする。ハイブリッド車両の制御部は、運転中において回生（充電）および力行を行うことによってＳＯＣがネライ値T1になるように制御する。また、ＥＶ走行可能なＳＯＣ値の下限値Ｓ１は、例えば４０に設定されている。そして、ＥＶ走行可能最大パワーP1が設定されている。このようにＳＯＣとバッテリパワーとで規定されるＥＶ走行領域においては、エンジンを使わずにモータジェネレータのみの駆動力での走行できるため、これをＥＶ走行領域と称する。
ここで、ネライ値T1（６０）から下限値Ｓ１までのＥＶ走行可能ＳＯＣ範囲R1をＥＶ走行する場合を考える。このＥＶ走行可能ＳＯＣ範囲R1は、新品時のバッテリの容量を基準に設定されたものであるため、バッテリが新品の場合には、一定の距離をＥＶ走行することが可能である。このようなＥＶ走行領域に基づく制御を行う車両において、通勤や業務で同じルートを走る場合には、あるシーンでは、いつも同様のＳＯＣ値になり、同様のＥＶ走行が可能となる。従って、例えば、閑静な住宅地を早朝や深夜に低速で走行するシーンでは、常にＥＶ走行が行われることになる。
しかしながら、バッテリが劣化すると、パワーマネージメント制御によってネライ値T1（６０）になるように制御されていたしても、ＥＶ走行可能ＳＯＣ範囲R1で走行できる走行距離（或いは時間）が次第に短くなってしまうという現象が発生してしまう。これは、バッテリ劣化による容量低下に伴って、同じＥＶ走行可能ＳＯＣ範囲R1において出力できる電力が減少してしまうからである。このようなバッテリ劣化による影響によって、例えば、上述した閑静な住宅街を走行する場合に、次第にＥＶ走行（即ち、モータ単独走行）ができなくなり、エンジンが始動してＨＥＶ走行（モータおよびエンジンを使用した走行）する場合が多くなるといった問題が発生すると考えられる。バッテリが新品のときは静かにＥＶ走行可能であったシーンで、エンジンが始動するようになるため、運転者としては非常に違和感を覚えることになる。また、ハイブリッド車両における大きなメリットである運転時（特に低速運転時の）の静粛性が、損なわれることになる。本発明により実施態様は、このような諸問題を解決するも。
上記した図１のパワートレーンにおいては、停車状態からの発進時などを含む低負荷・低車速時に用いられる電気走行(EV)モードが要求される場合、第1クラッチ6を解放し、第2クラッチ7を締結し、自動変速機3を動力伝達状態にする。
この状態でモータ/ジェネレータ5を駆動すると、当該モータ/ジェネレータ5からの出力回転のみが変速機入力軸3aに達することとなり、自動変速機3が当該入力軸3aへの回転を、選択中の変速段に応じ変速して変速機出力軸3bより出力する。変速機出力軸3bからの回転はその後、ディファレンシャルギヤ装置8を経て後輪2に至り、車両をモータ/ジェネレータ5のみによって電気走行（EV走行）させることができる。
高速走行時や大負荷走行時などで用いられるハイブリッド走行(HEV)モードが要求される場合、第１クラッチ６を締結し、モータ／ジェネレータ５をエンジンスタータとして用いてエンジン１を始動する。そして第1クラッチ6および第2クラッチ7をともに締結した状態で、自動変速機3を動力伝達状態にする。この状態では、エンジン1からの出力回転、または、エンジン1からの出力回転およびモータ/ジェネレータ5からの出力回転の双方が変速機入力軸3aに達することとなり、自動変速機3が当該入力軸3aへの回転を、選択中の変速段に応じ変速して、変速機出力軸3bより出力する。変速機出力軸3bからの回転はその後、ディファレンシャルギヤ装置8を経て後輪2に至り、車両をエンジン1およびモータ/ジェネレータ5の双方によってハイブリッド走行（HEV走行）させることができる。
かかるHEV走行中において、エンジン1を最適燃費で運転させるとエネルギーが余剰となる場合、この余剰エネルギーによりモータ/ジェネレータ5を発電機として作動させることで余剰エネルギーを電力に変換し、この発電電力をモータ/ジェネレータ5のモータ駆動に用いるよう蓄電しておくことでエンジン1の燃費を向上させることができる。
なお、図１では、モータ/ジェネレータ5および駆動車輪2を切り離し可能に結合する第2クラッチ7を、モータ/ジェネレータ5および自動変速機3間に介在させたが、図２に示すように、第2クラッチ7を自動変速機3およびディファレンシャルギヤ装置8間に介在させても、同様に機能させることができる。
また、図１および図２では第2クラッチ7として専用のものを自動変速機3の前、若しくは、後に追加することとしたが、この代わりに第2クラッチ7として、図３に示すごとく自動変速機3内に既存する前進変速段選択用の摩擦要素または後退変速段選択用の摩擦要素を流用するようにしてもよい。この場合、第2クラッチ7が前記したモード選択機能を果たすのに加えて、この機能を果たすよう締結される時に自動変速機を動力伝達状態にすることとなり、専用の第2クラッチが不要でコスト上大いに有利である。
図１〜３に示すハイブリッド車両のパワートレーンを成すエンジン1、モータ／ジェネレータ5、第1クラッチ6、および第2クラッチ7は、図４に示すようなシステムにより制御する。
図4の制御システムは、パワートレーンの動作点（トルクおよび回転数）を統合制御する統合コントローラ20を具え、パワートレーンの動作点を、目標エンジントルクtTeと、目標モータ/ジェネレータトルクtTmと、第1クラッチ6の目標伝達トルク容量tTc1と、第2クラッチ7の目標伝達トルク容量tTc2とで規定する。
統合コントローラ20には、上記パワートレーンの動作点を決定するために、エンジン回転数Neを検出するエンジン回転センサ11からの信号と、モータ/ジェネレータ回転数Nmを検出するモータ/ジェネレータ回転センサ12からの信号と、変速機入力回転数Niを検出する入力回転センサ13からの信号と、変速機出力回転数Noを検出する出力回転センサ14からの信号と、パワートレーンへの要求駆動力を表すアクセルペダル踏み込み量（アクセル開度APO）を検出するアクセル開度センサ15からの信号と、モータ/ジェネレータ5用の電力を蓄電しておくバッテリ9の蓄電率SOC（持ち出し可能電力）を検出する蓄電状態センサ16からの信号とを入力する。
なお、上記したセンサのうち、エンジン回転センサ11、モータ/ジェネレータ回転センサ12、入力回転センサ13、および出力回転センサ14はそれぞれ、図1〜3に示すように配置することができる。
統合コントローラ20は、上記入力情報のうちアクセル開度APO、バッテリ蓄電率SOC、および変速機出力回転数No（車速VSP）から、運転者が希望している車両の駆動力を実現可能な運転モード（EVモード、HEVモード）を選択すると共に、目標エンジントルクtTe、目標モータ/ジェネレータトルクtTm、目標第1クラッチ伝達トルク容量tTc1、および目標第2クラッチ伝達トルク容量tTc2をそれぞれ演算する。目標エンジントルクtTeはエンジンコントローラ21に供給され、目標モータ/ジェネレータトルクtTm（目標モータ/ジェネレータ回転数tNmでもよい）はモータ/ジェネレータコントローラ22に供給される。
エンジンコントローラ21は、エンジントルクTeが目標エンジントルクtTeとなるようエンジン1を制御し、モータ/ジェネレータコントローラ22はモータ/ジェネレータ5のトルクTm（または回転数Nm）が目標モータ/ジェネレータトルクtTm（または目標モータ/ジェネレータ回転数tNm）となるよう、バッテリ9およびインバータ10を介してモータ/ジェネレータ5を制御する。統合コントローラ20は、目標第1クラッチ伝達トルク容量tTc1（第1クラッチ指令圧tPc1）および目標第2クラッチ伝達トルク容量tTc2（第2クラッチ指令圧tPc2）に対応したソレノイド電流を第1クラッチ6および第2クラッチ7の油圧制御ソレノイド（図示せず）に供給し、第1クラッチ6の伝達トルク容量Tc1（第1クラッチ圧Pc1）が目標伝達トルク容量tTc1（第1クラッチ指令圧tPc1）に一致するよう、また、第2クラッチ7の伝達トルク容量Tc2（第2クラッチ圧Pc2）が目標第2クラッチ伝達トルク容量tTc2（第2クラッチ指令圧tPc2）に一致するよう、第1クラッチ6および第2クラッチ7を個々に締結力制御する。
統合コントローラ20は、上記した運転モード（EVモード、HEVモード）の選択、そして目標エンジントルクtTe、目標モータ/ジェネレータトルクtTm（目標モータ/ジェネレータ回転数tNmでもよい）、目標第1クラッチ伝達トルク容量tTc1（第1クラッチ指令圧tPc1）、および目標第2クラッチ伝達トルク容量tTc2（第2クラッチ指令圧tPc2）の演算を行うほかに、エネルギー（パワー）マネジメント用の制御プログラムを実行して、バッテリ９の目標蓄電率（ネライ値）の制御を行っている。
ここで、目標蓄電率の制御につき以下に説明する。エネルギーを効率的にマネジメントするのに最適なバッテリ９の充電率（ＳＯＣともいう）を目標充電率値（目標ＳＯＣともいう）という。バッテリ９のＳＯＣが目標ＳＯＣを目指すようにしておけば、走行回生発電によるエネルギー回収と、回収したエネルギーをバッテリ９から放電してモータとしての駆動走行を両立させて、エネルギーマネジメントを好適に実現することができる。なお、モータ／ジェネレータ5が発電機またはモータとして動作する間、モータ／ジェネレータ5と電力を授受する電力源（蓄電手段）であるバッテリ９のＳＯＣが増減する。このため、一時的にはＳＯＣが目標ＳＯＣから乖離することを許容するが、最終的にはＳＯＣが目標ＳＯＣになるよう制御する。
図５は、本発明の一実施態様による制御を示すフローチャートである。この制御は、制御部であるモータ／ジェネレータコントローラ22または統合コントローラ20が行う。図１に示すように、ステップS11では、バッテリ劣化指数を取得（或いは算出）する。バッテリ劣化指数（劣化度）を算出するには、バッテリの内部抵抗を測定するなどの既知の技術を用いる。ステップS12にて、取得（或いは所定の演算で推定／算出された）したバッテリ劣化指数に基づき、バッテリが劣化したか否かを判定する。具体的には、所定の閾値とバッテリ劣化指数とを比較した結果に基づき判定する。例えば、所定の演算で推定されたバッテリ劣化指数による判定部である。この判定は、ある閾値（例えば劣化指数1.2）でステップ的に判定を行ってもよいし、劣化指数によりリニアに判定を行ってもよい。バッテリが劣化してると判定された場合は、ステップS13にて、システム起動時（即ち、制御部であるモータ／ジェネレータコントローラや統合コントローラ起動時）または停車中であるか否かを判定する。即ち、ステップS13は劣化時制御に入る条件を示している。劣化時制御では、テーブルの変更を行うため、劣化推定の計算手法によっては、車両挙動に影響（エンジン始動の繰り返し等）が出ることが考えられる。そこで、テーブルの変更は、車両が走行していない間に行うことが望ましい。
システム起動時または停車中である場合は、ステップS14にて劣化時制御を行う。具体的には、図６のように、ＥＶ走行領域を、SOCが低い側に広げることにより、バッテリ劣化後も、EV走行継続時間（距離）を新品時同様にすることができる。ＥＶ走行領域の変更手法には、図６に示すような複数のテーブル切り替えの方法もあるが、劣化指数に応じて、リニアに変更することも可能である。この劣化時制御を行った後、本制御は処理を終える。なお、ステップS12においてバッテリが劣化していないと判定された場合は、ステップS15に進み通常制御を行って、処理を終える。
図６は、本発明の一実施態様によるＥＶ走行領域を規定するマップの変更を示す図である。図７の符号と同じものは、同じ要素を示すものである。図６に示すように、ＳＯＣ値Ｓ１を下限とするＥＶ走行領域が、通常制御によるものである。バッテリが劣化した場合は、当該領域の下限を示すＳＯＣ値がＳ１からリニア或いはステップ状にＳＯＣ値の低い方へ移動させる。例えば、劣化時には、ＳＯＣ値Ｓ２まで下限を移動させて、ＥＶ走行領域を広げる。この場合のネライ値T1（６０）から下限値Ｓ２までのＥＶ走行可能ＳＯＣ範囲R2では、新品時のＥＶ走行可能ＳＯＣ範囲R1と同じ距離、時間だけＥＶ走行が可能となるように設定され、このため、ドライバは違和感を覚えなくて済む。また、バッテリが更に劣化した場合には、ＳＯＣ値Ｓ３まで下限を移動させて、ＥＶ走行領域を広げる。但し、当該車両は、エンジンをモータ／ジェネレータのトルクで始動させる方式を使っているため、ＳＯＣ値のシフトは、エンジン始動可能ＳＯＣ値ES1までを下限とする。この場合のネライ値T1（６０）からエンジン始動可能ＳＯＣ値ES1までのＥＶ走行可能ＳＯＣ範囲R3では、ＥＶ走行可能ＳＯＣ範囲R1、Ｒ２と同じ距離、時間だけＥＶ走行が可能となるように設定され、このため、ドライバは違和感を覚えなくて済む。また、ＳＯＣ値のシフトをエンジン始動可能ＳＯＣ値ES1までを下限としているので、エンジン始動も確保することが可能である。
本発明を諸図面や実施例に基づき説明してきたが、当業者であれば本開示に基づき種々の変形や修正を行うことが容易であることに注意されたい。従って、これらの変形や修正は本発明の範囲に含まれることに留意されたい。例えば、各部、各手段、各ステップなどに含まれる機能などは論理的に矛盾しないように再配置可能であり、複数の手段やステップなどを１つに組み合わせたり、或いは分割したりすることが可能である。
本発明を適用可能なフロントエンジン・リヤホイールドライブ式ハイブリッド車両のパワートレーンの一例を示す図である。 本発明の制御装置を適用可能な他のハイブリッド車両のパワートレーンを示す概略平面図である。 本発明の制御装置を適用可能な更に他のハイブリッド車両のパワートレーンを示す概略平面図である。 図１−３に示したパワートレーンの制御システムを示すブロック線図である。 本発明の一実施態様による制御を示すフローチャートである。 本発明の一実施態様によるＥＶ走行領域を規定するマップの変更を示す図である。 比較例によるＥＶ走行領域を規定するマップである。
符号の説明
1 エンジン
1a クランクシャフト
1a エンジンクランクシャフト
2 後輪
3 自動変速機
3a 変速機入力軸
3b 変速機出力軸
4 軸
5 ジェネレータ
6 第1クラッチ
7 第2クラッチ
8 ディファレンシャルギヤ装置
9 バッテリ
10 インバータ
11 エンジン回転センサ
12 ジェネレータ回転センサ
13 入力回転センサ
14 出力回転センサ
15 アクセル開度センサ
16 蓄電状態センサ
20 統合コントローラ
21 エンジンコントローラ
22 モータ/ジェネレータコントローラ
Ne エンジン回転数
Ni 変速機入力回転数
Nm ジェネレータ回転数
Nm 回転数
No 変速機出力回転数
Pc1 第1クラッチ圧
Pc2 第2クラッチ圧
Tc1 伝達トルク容量
Tc2 伝達トルク容量
Te エンジントルク
Tm トルク
tNm ジェネレータ回転数
tPc1 第1クラッチ指令圧
tPc2 第2クラッチ指令圧
tTc1 第1目標伝達トルク容量
tTc2 第2目標伝達トルク容量
tTe 目標エンジントルク
tTm ジェネレータトルク
VSP 車速
P1 走行可能最大パワー
ES1 エンジン始動可能ＳＯＣ値
R1,R2,R3 範囲R1
T1 ネライ値

Claims (4)

  1. 車輪を駆動するための動力源としてのエンジンおよびモータ／ジェネレータと、前記モータ／ジェネレータとの間で電力の授受を行なう電力源と、を具え、前記エンジン側から前記モータ／ジェネレータにエンジントルクを入力して発電するエンジン発電と、前記車輪側からモータ／ジェネレータにイナーシャトルクを入力して発電する走行回生発電との少なくとも一方が可能であるハイブリッド車両であって、
    前記電力源の充電状態で規定される、モータ／ジェネレータの駆動力のみで走行するＥＶ走行領域を、前記電力源の劣化に応じて、拡大する制御部、
    を具えるハイブリッド車両。
  2. 請求項１に記載のハイブリッド車両において、
    前記ＥＶ走行領域が、前記電力源の充電状態と前記電力源の出力電力とで規定されている、ことを特徴とするハイブリッド車両。
  3. 請求項１または２に記載のハイブリッド車両において、
    前記制御部が、ＥＶ走行領域の拡大を該ハイブリッド車両の停止時、または、該制御部の起動時にのみ行う、
    ことを特徴とするハイブリッド車両。
  4. 請求項１〜３のいずれか１項に記載のハイブリッド車両において、
    前記ハイブリッド車両が、前記エンジンを、前記モータ／ジェネレータによって始動するように構成され、
    前記制御部が、前記モータ／ジェネレータによって前記エンジンを始動できる範囲内において、前記ＥＶ走行領域を前記電力源の劣化に応じて拡大する、
    ことを特徴とするハイブリッド車両。
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