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JP4265352B2 - 車両の制御装置 - Google Patents

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JP4265352B2
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Description

本発明は、車両の制御装置に関し、特に、減速走行を行う場合等に回生を行う機能を備えた車両の制御装置に関する。
従来、例えばハイブリッドエンジンシステム(内燃機関及びモータ双方を協働させて駆動力を提供するシステム)を搭載した車両のように、減速走行を行う場合等に発生する制動エネルギーを電力に変換(回生)する機能を備えた車両が知られている。例えばハイブリッドエンジンでは、減速走行時等にモータを発電機として用いて回生を行う。回生によって獲得した電気エネルギーは、車両を走行させるための駆動力の一部として再度利用される。このような回生機能を活用することにより、エンジンシステム全体の燃費を向上させることができる。
一方、内燃機関又はモータの出力(回転力)を車両の車輪の回転軸に伝達する際、その変速比を無段階に変更する機能を備えた無段変速機構(CVT)が知られている。
車両の減速走行時に回生を行う場合には、車輪の回転軸から無段変速機を介してモータに伝達される力が、発電機として機能するモータを回転させる。このとき、モータを回転させる力(トルク)が車両の制動力として働く。
ここで、無段変速機構を備えたハイブリッドエンジンシステムでは、車両の減速時において変速比(出力軸回転速度/入力軸回転速度)を大きくし、これによってする車輪の回転軸側からモータに作用するトルクを高め、より効率的な回生を行う(特許文献1参照)。
特開平9−9415号公報 特開平5−79364号公報 特開平5−229368号公報
ところで、一般に無段変速機構は、その構造上、車輪の回転軸が回転している条件下でのみ、変速比を変更することができる。また、車両が停止する場合、変速比を小さな値に設定しておく必要がある。次回の車両の発進をスムーズに行うためである。ところが、上記特許文献1のように効率的な回生を行うことを優先的に考え、車両の減速時に高い変速比を採用した場合、車両を停止する前に変速比を低くする機会を失ってしまったり、車両停止の直前に変速比が急変する(低くなる)ことで運転者に違和感を与えてしまうことになる。
本発明は、このような実情に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、回生を行うシステムと無段変速機構とを備えた車両の制御装置において、減速時に、良好なドライバビリティを保証しつつ効率的な回生を行う車両の制御装置を提供することにある。
上記目的を達成するために、本発明は、原動機と、車輪と、前記原動機及び前記車輪の双方間で回転力を伝達する動力伝達系と、前記動力伝達系の一部をなすとともに、前記原動機の回転軸及び前記車輪の回転軸の間で回転力の伝達を行い且つ両軸間の回転速度の比を無段階に変更する無段変速機構と、前記動力伝達系を通じて伝達される回転力を利用して発電を行う発電機と、を備える車両を制御する制御装置であって、前記車両の速度を検出する速度検出手段と、前記車両の減速中、その速度が所定値を上回っている間は前記原動機の回転軸の回転速度に対する前記車輪の回転軸の回転速度の比を小さくすると共に前記発電機による発電を行い、前記車両の減速中、その速度が前記所定値を下回った場合、前記原動機の回転軸の回転速度に対する前記車輪の回転軸の回転速度の比を大きくし且つ原動機のフリクショントルクの作用を低減する制御を実行するトルク制御手段と、を備え、前記所定値は、前記原動機の回転軸の回転速度に対する前記車輪の回転軸の回転速度の比が前記小さくされた場合の制動トルクと、前記原動機のフリクショントルクの作用を低減する制御を実行する前のフリクショントルクと、の和が、前記原動機の回転軸の回転速度に対する前記車輪の回転軸の回転速度の比が前記大きくされた場合の制動トルクと、前記原動機のフリクショントルクの作用を低減する制御を実行した後のフリクショントルクと、の和に等しくなる前記車両の速度であり、前記トルク制御手段は、前記原動機の回転軸の回転速度に対する前記車輪の回転軸の回転速度の比を大きくすることによる制動トルクの増加分を相殺するように前記原動機のフリクショントルクの作用を低減することを要旨とする。
同構成によれば、車両の減速中、その速度が所定値を上回っている間は前記原動機の回転軸の回転速度に対する前記車輪の回転軸の回転速度の比を小さくすることにより、回生効率を高めることができる。そして、車両の減速中、その速度が前記所定値を下回った場合、原動機の回転軸の回転速度に対する車輪の回転軸の回転速度の比を大きくし、且つ原動機のフリクショントルクの作用を低減することができる。この結果、回生効率の向上と、良好なドライバビリティの確保とを両立して図ることができる。
また、原動機と、車輪と、前記原動機及び前記車輪の双方間で回転力を伝達する動力伝達系と、前記動力伝達系の一部をなすとともに、前記原動機の回転軸及び前記車輪の回転軸の間で回転力の伝達を行い且つ両軸間の回転速度の比を無段階に変更する無段変速機構と、前記動力伝達系を通じて伝達される回転力を利用して発電を行う発電機と、を備える車両を制御する制御装置において、前記車両の減速中、その速度が所定値を上回っている間は前記原動機の回転軸の回転速度に対する前記車輪の回転軸の回転速度の比を小さくし、前記車両の減速中、その速度が前記所定値を下回った場合、前記原動機の回転軸の回転速度に対する前記車輪の回転軸の回転速度の比を大きくし且つ前記原動機のフリクショントルクを相殺するトルクを発生する前記トルク制御手段を備えるようにしてもよい。
同構成によれば、車両の減速中、その速度が所定値を上回っている間は前記原動機の回転軸の回転速度に対する前記車輪の回転軸の回転速度の比を小さくすることにより、回生効率を高めることができる。そして、車両の減速中、その速度が前記所定値を下回った場合、車輪の回転軸の回転速度に対する原動機の回転軸の回転速度の比を大きくし且つ原動機のフリクショントルクを相殺するトルクを発生することにより、実質的に原動機のフリクショントルクの作用を低減することができる。
また、前記原動機は複数の気筒を備えた内燃機関であって、
前記トルク制御手段は、前記車両の減速中その速度が前記所定値を下回った場合には、通常運転から減速運転への移行に伴い燃料供給を停止されていた前記機関の複数気筒のうち一部の気筒に燃料供給を行うことによって当該機関のフリクショントルクを低減し、前記所定値は、前記原動機の回転軸の回転速度に対する前記車輪の回転軸の回転速度の比が前記小さくされた場合の制動トルクと、燃料供給が停止された場合の前記機関のフリクショントルクと、の和が、前記原動機の回転軸の回転速度に対する前記車輪の回転軸の回転
速度の比が前記大きくされた場合の制動トルクと、前記機関の複数の気筒のうち一部の気筒に燃料供給を行った場合の前記機関のフリクショントルクと、の和に、等しくなる前記車両の速度であることを要旨とする。
同構成によれば、車両の減速中その速度が所定値を下回った場合には機関の複数気筒のうち一部の気筒に燃料供給を行うことにより、簡易且つ効果的に当該機関のフリクショントルクを低減することができる。
本発明によれば、回生効率の向上と、良好なドライバビリティの確保とを両立して図ることができる。
以下、本発明を、ハイブリッドエンジンシステムを搭載した車両に適用した最良の実施の形態について説明する。
〔エンジンシステムの基本構成〕
図1に示すように、ハイブリッドエンジンシステム(以下、エンジンシステムという)1は、内燃機関20、モータ(モータ・ジェネレータ)30、ジェネレータ(モータ・ジェネレータ)40、動力分割機構50、無段変速機構(CVT)60、減速機65、インバータ70、バッテリ80、電子制御ユニット(ECU)90等を主要な構成要素として含む。内燃機関20は、エンジンシステム1の搭載車両の車輪9,10に回転力を付与する他、ジェネレータ40を駆動して電力を発生させる。ジェネレータ40は、内燃機関20に駆動されて電力を発生する場合の他、インバータ70から電力供給を受けて内燃機関20に回転力を付与する場合もある。モータ30は、バッテリ80或いはジェネレータ40から電力の供給を受けて車輪9,10に回転力を付与する場合と、逆に車輪9,10や内燃機関20から回転力を付与されることで発電を行いバッテリ80に充電用の電力を供給する場合とがある。モータ30の回転軸31は、無段変速機構(CVT)60、減速機65を介して車輪9,10の回転軸9a,10aに連結される。
無段変速機構60は、回転軸(入力軸)31の回転力を出力軸32を介して減速機65に伝達するとともに、その回転力の伝達過程において、入力軸31及び出力軸32の回転数の比率(変速比)を無段階に変更する。
また、内燃機関20のクランクシャフト24と、モータ30の回転軸31と、ジェネレータ40の回転軸41とは、周知の遊星歯車(図示略)を内蔵する動力分割機構50を介して相互に連結されている。遊星歯車は、相互にギア連結された3つの回転軸を有する。各回転軸は、クランクシャフト24、モータ30の回転軸31、ジェネレータ40の回転軸41の何れかに結合している。遊星歯車は、その構成要素である3つの回転軸のうち、2つの回転速度(回転数)及びトルクが決まると、残りの回転軸の回転数及びトルクが必然的に定まる特性を有する。エンジンシステム1では、このような動力分割機構50の特性を利用することにより、例えば内燃機関20の発生する動力(クランクシャフト24の回転力)をモータ30の回転軸31とジェネレータ40の回転軸41とに分割して伝達することができる。また、例えばモータ30の発生する動力と内燃機関20の発生する動力とを併せて利用し、車輪9,10の回転軸9a,10aを回転させつつ、残りの動力でジェネレータ40を駆動しバッテリ80の充電を行うこともできる。また例えば、車両が停止している場合には、モータ30が停止した状態でジェネレータ40に電力を供給し、これをモータ駆動することにより、非燃焼状態にある内燃機関20のクランクシャフト24を回転し、機関燃焼を開始することもできる。さらに、モータ30及びジェネレータ40の両者に電力を供給し、これをモータ駆動することにより、車両を走行させながら、非燃焼状態にある内燃機関20のクランクシャフト24を回転し、機関燃焼を開始することもできる。
また、エンジンシステム1は、内燃機関20、モータ30、バッテリ80等の作動状態(例えば内燃機関20の回転数NE等)に応じた信号や、エンジンシステム1の搭載車両の運転状態に応じた信号(例えば車速SPD等)を出力する各種センサ(図示略)を備える。これらセンサは、ECU90と電気的に接続されている。
ECU90は、中央処理装置(CPU)、読み出し専用メモリ(ROM)、ランダムアクセスメモリ(RAM)、バックアップRAMおよびタイマーカウンタ等を備え、これら各部と、A/D変換器を含む外部入力回路と、外部出力回路とが双方向性バスにより接続されて構成される論理演算回路を備える。ECU90は、各種センサ(図示略)の出力する信号を外部入力回路を介して入力し、これら信号に基づいて、内燃機関20、モータ30、バッテリ80等の作動状態を把握し、これら要素20,30,80等の作動状態に基づいてエンジンシステム1の運転状態を最適化するための各種制御を実施する。
〔無段変速機構の動作特性〕
図2(a)及び図2(b)は、無段変速機構60の概観を示す斜視図である。
無段変速機構60は、モータ30の回転軸(入力軸)31に周設されたプライマリプーリ61、出力軸62に周設されたセカンダリプーリ63、両プーリ61,63の外周の溝C1,C2に掛け渡されたベルト等からなる周知の機構である。ECU90の指令信号に基づく油圧制御により、両プーリ61,63の外周の溝C1,C2の幅が変更される。この結果、実質的に両プーリ61,63の外径が変更され、入力軸31及び出力軸62間の変速比が無段階に変更される。
〔減速時の車両制御〕
エンジンシステム1では、当該システム1を搭載した車両が減速走行を行う場合、モータ30を発電機として機能させ、車輪9,10の制動エネルギーを電気エネルギーに変換する(回生を行う)。回生によって発生した電気エネルギーは、逐次バッテリ80に蓄えられる。減速時に回生を行う場合、基本的に内燃機関20への燃料供給は停止する。
図3は、エンジンシステム1を搭載した車両が所定の加速度(負の加速度)を保持して且つ無段変速機構60の変速比を所定値に保持した状態で減速走行を行っているといった条件の下、出力軸32から入力軸31に伝達される制動トルク及び車速の関係と、内燃機関20等の各部材から入力軸31が受ける機械損失(フリクショントルク)及び車速の関係とを、同一のグラフ上に示したものである。同図3に示すように、出力軸32から入力軸31に伝達される制動トルク(以下、単に制動トルクという)Tは、車速の低下(減速)と対応してほぼ直線的に減少する。一方、内燃機関20等の各部材から入力軸31が受けるフリクショントルク(以下、単にフリクショントルクという)Fもまた車速の低下(減速)と対応して減少する。
ここで、車両を減速させるトルク(減速トルク)Dは、制動トルクT及びフリクションショントルクFによって発生する。具体的には、減速トルクDと、制動トルクT及びフリクショントルクFの和とは、ほぼ等しい(D=T+F)。また、仮に減速トルクDが一定であれば、小さな変速比(ハイギア)を適用するほど制動トルクTは小さくなり、その分、モータ30に電気エネルギーを発生させるトルク(回生トルク)は大きくなる。つまり、減速時においては、できるだけ小さな変速比(ハイギア)を適用して回生トルクを大きな値に保持することにより、回生の効率(回生によるバッテリの充電量)を高めるのが好ましい。
ところで、無段減速機構60は、車両の発進時において大きな変速比(ローギア)に設定されている必要がある一方、車両が停止している状態でその変速比を切り替えることができない機械的な特性を有する。このため、車両が減速し、停止する直前には無断変速機構60の変速比を大きな値(ローギア)に切り替える必要がある。
しかし、車両の停止直前に無断変速機構60の変速比を小さな値(ハイギア)から大きな値(ローギア)に切り替える操作は、減速トルクDの急激な変化を招き、運転者に違和感を与える。
〔減速時の回生制御〕
本実施の形態にかかるエンジンシステムでは、車両の減速時において回生効率の向上と良好なドライバビリティの確保とを両立すべく、車速に応じて無段変速機構60の変速比と稼働気筒数とを変更することによって制動トルクTとフリクショントルクFとの間に最適な関係を成立させ、減速トルクの急激な変化を抑制する制御(減速時の回生制御)を実行する。
先ず、図4は、エンジンシステム1の搭載車両が減速走行を行って停止に至るまでの車速の推移を例示するタイムチャートである。同図4に示すように、エンジンシステム1では、車両が徐々に車速を落として停止に至る場合、車速SPDが所定値SPD1を下回るタイミング(t1)で無段変速機構の変速比を変更する(ハイギアの状態からローギアの状態へ変更する)。
一方図5は、図3と同様の条件下で、エンジンシステム1において適用可能な複数の制動トルク及び車速の関係と、同じくエンジンシステム1において適用可能な複数のフリクショントルクF及び車速の関係とを、同一のグラフ上に示したものである。
車速SPDが所定値SPD1以上である場合、エンジンシステム1は、無段変速機構60の変速比を最小(ハイギアの状態)にし、回生効率を高める。一方、車速SPDが所定値SPD1を下回った場合、エンジンシステム1は、無段変速機構60の変速比を最大(ローギアの状態)にし、車両の停止(次回の車両の発進)に備える。
ここで、上述したように、減速トルクDは制動トルクT及びフリクショントルクFの和(T+F)に相当する。このため、車速SPDが所定値SPD1を下回る場合に無段変速機構60の変速比を最小(ハイギアの状態)から最大(ローギアの状態)に切り替えると、制動トルクTが急激に大きくなり(減速トルクが急激に大きくなり)、車両のドライバビリティを損なってしまう。
そこで、エンジンシステム1では、車速SPDが所定値SPD1を下回る際、無段変速機構60の変速比を最小(ハイギアの状態)から最大(ローギアの状態)に切り替えるとともに、フリクショントルクFの作用を実質的に低減する制御を行う。
例えば図5において、車速が所定値SPD1である場合、減速トルクDは「T1+F」となる。一方、車速が所定値SPD1を僅かに下回った場合、無段変速機構60の変速比を最小(ハイギアの状態)から最大(ローギアの状態)に切り替えるとともに、フリクショントルクをFからF′に低下させる。この結果、減速トルクDは「T1+F」と略同一である値「T2+F′」になる。なお、車速が所定値SPD1を下回ったときに、フリクショントルクの低減を伴わずに無段変速機構60の変速比を最小(ハイギアの状態)から最大(ローギアの状態)に切り替えた場合には、減速トルクDが大幅に増大してまう。
なお、フリクショントルクをFからF′に低下させる具体的な方策としては、通常運転から減速運転への移行に伴い燃料供給を停止されていた内燃機関20に対し、減筒運転を開始する。ここでいう減筒運転とは、例えば、内燃機関20を構成する4つの気筒のうち、一部の気筒に対する燃料供給を停止し、他の気筒に対する燃料供給を行うことを意味する。
〔具体的な制御手順〕
図6は、本実施の形態にかかる減速時車両制御の具体的な手順を示すルーチンである。本ルーチンは、エンジンジステム1の作動中、ECU90を通じて周期的に(例えば所定クランク角での割り込みによって)実行される。
本ルーチンに処理が移行すると、ECU90は先ずステップS101において、回生条件が成立したか否かを判断する。ECU90は、例えば車両のブレーキペダルが踏み込まれた場合に回生条件が成立したものと判断する。ステップS101での判断が肯定である場合、ECU90は処理をステップS102に移行する。一方、ステップS101での判断が否定である場合、ECU90は本ルーチンを一旦抜ける。
ステップS102においては、無段変速機構60の変速比を最小値(ハイギアの状態)に設定する。
ステップS103においては、車速SPDが所定値SPD1を下回ったか否かを判断する。そして、その判断が肯定である場合には処理をステップS104に移行し、その判断が否定である場合には本ルーチンを一旦抜ける。
ステップS104においてECU90は、無段変速機構60の変速比を最大値(ローギアの状態)にすると同時に、減筒運転を行う(ステップS104)。
ステップS104の処理を経た後、ECU90は本ルーチンを一旦抜ける。
このように、上記実施の形態においては、車両の減速時において車速SPDが所定値SPD1を下回った場合、減筒運転を行うことによってフリクショントルクFを相殺する機関トルクを発生する制御を行うようにした。
これにより、無段変速機構60の変速比の変更に伴って制動トルクTが不連続に変化する分、実質的にフリクショントルクが低減される。この結果、車両の減速時において、比較的車速の高い条件下では効率的な回生を行うことができる一方、車速の低下に伴い減速トルクをスムーズに低下させることができる(減速トルクの急激な変化を防止することができる)ようになる。従って、回生効率の向上と、良好なドライバビリティの確保とを両立して図ることができる。
なお、減速時においては制動トルクが発生しているため、少量の燃料供給によっても機関燃焼を継続することができる。このため、上記減筒運転に代え、全気筒について少量の燃料を供給し、フリクショントルクに打ち勝てない程度の小さな機関トルクを発生することによっても、フリクショントルクを相殺することが可能である。このような制御構造を採用しても、本実施の形態に準ずる効果を得ることができる。
また、本実施の形態では、ベルト式の無段変速機構を備えたエンジンシステムに本発明を適用したが、搭載車両が走行している場合にのみ変速比を変更できる他の機構(例えばトロコイダル式の無段変速機構)を備えたエンジンシステムにも本発明を適用することができる。
また、本実施の形態では、いわゆるハイブリッドエンジンシステムに本発明を適用したが、搭載車両の減速に伴う回生を行う機能を備えた他のエンジンシステムにも本発明を適用することができる。
また、本実施の形態では、減速時における車速に基づいて無段変速機構60の変速比及び内燃機関20への燃料供給を制御することとした。しかし、車速に代え、内燃機関20の回転数に基づいて無段変速機構60の変速比及び内燃機関20への燃料供給を制御するようにしてもよい。
本発明の実施の形態にかかるエンジンを示す概略構成図。 変速機構の外観を示す斜視図。 車速及び制動トルクの関係と、車速及びフリクショントルクの関係とを示すグラフ。 減速時における車速の変化とハイギアからローギアへの変更点とを示すタイムチャート。 車速及び制動トルクの関係と、車速及びフリクショントルクの関係とを示すグラフ。 減速時における変速機構の制御手順を示すフローチャート。
符号の説明
1・・・・・・・エンジンシステム
9,10・・・・車輪
9a,10a・・回転軸(動力伝達系の一部)
20・・・・・・内燃機関
24・・・・・・クランクシャフト(動力伝達系の一部)
30・・・・・・モータ
31・・・・・・回転軸(入力軸:動力伝達系の一部)
32・・・・・・出力軸(動力伝達系の一部)
40・・・・・・ジェネレータ
41・・・・・・回転軸
50・・・・・・動力分割機構
60・・・・・・無段変速機構
61・・・・・・プライマリプーリ
63・・・・・・セカンダリプーリ
65・・・・・・無段変速機構
70・・・・・・インバータ
80・・・・・・バッテリ
C1,C2・・・溝

Claims (2)

  1. 原動機と、
    車輪と、
    前記原動機及び前記車輪の双方間で回転力を伝達する動力伝達系と、
    前記動力伝達系の一部をなすとともに、前記原動機の回転軸及び前記車輪の回転軸の間で回転力の伝達を行い且つ両軸間の回転速度の比を無段階に変更する無段変速機構と、
    前記動力伝達系を通じて伝達される回転力を利用して発電を行う発電機と、
    を備える車両を制御する制御装置であって、
    前記車両の速度を検出する速度検出手段と、
    前記車両の減速中、その速度が所定値を上回っている間は前記原動機の回転軸の回転速度に対する前記車輪の回転軸の回転速度の比を小さくすると共に前記発電機による発電を行い、
    前記車両の減速中、その速度が前記所定値を下回った場合、前記原動機の回転軸の回転速度に対する前記車輪の回転軸の回転速度の比を大きくし且つ原動機のフリクショントルクの作用を低減する制御を実行するトルク制御手段と、
    を備え、
    前記所定値は、
    前記原動機の回転軸の回転速度に対する前記車輪の回転軸の回転速度の比が前記小さくされた場合の制動トルクと、前記原動機のフリクショントルクの作用を低減する制御を実行する前のフリクショントルクと、の和が、
    前記原動機の回転軸の回転速度に対する前記車輪の回転軸の回転速度の比が前記大きくされた場合の制動トルクと、前記原動機のフリクショントルクの作用を低減する制御を実行した後のフリクショントルクと、の和に、
    等しくなる前記車両の速度であり、
    前記トルク制御手段は、前記原動機の回転軸の回転速度に対する前記車輪の回転軸の回転速度の比を大きくすることによる制動トルクの増加分を相殺するように前記原動機のフリクショントルクの作用を低減することを特徴とする車両の制御装置。
  2. 前記原動機は複数の気筒を備えた内燃機関であって、
    前記トルク制御手段は、前記車両の減速中その速度が前記所定値を下回った場合には
    通常運転から減速運転への移行に伴い燃料供給を停止されていた前記機関の複数気筒のうち一部の気筒に燃料供給を行うことによって当該機関のフリクショントルクを低減し、
    前記所定値は、
    前記原動機の回転軸の回転速度に対する前記車輪の回転軸の回転速度の比が前記小さくされた場合の制動トルクと、燃料供給が停止された場合の前記機関のフリクショントルクと、の和が、
    前記原動機の回転軸の回転速度に対する前記車輪の回転軸の回転速度の比が前記大きくされた場合の制動トルクと、前記機関の複数の気筒のうち一部の気筒に燃料供給を行った場合の前記機関のフリクショントルクと、の和に、
    等しくなる前記車両の速度であることを特徴とする請求項1記載の車両の制御装置。
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