JP6485242B2 - 車両用発電制御装置 - Google Patents

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Description

本発明は、車両用発電制御装置に関する。
従来、車両が減速しているときには、エンジンに対する燃料の供給を停止する燃料カットが行われる。エンジンとモータジェネレータとを駆動源として搭載したハイブリッド車両においては、車両が減速しているときには、燃料カットとともに、減速時の運動エネルギーを回生して得られた電力でバッテリの充電が行われる。
このような車両に対して、例えば、車両が低車速域で減速走行をしているときに、燃料カットを実行していない場合には、ブレーキの作動が検出された際に回生を停止することにより、低車速域でのエンジンの機関回転速度のハンチングを抑制する技術が特許文献１に提案されている。
また、車両が加速されるときに、燃料カットを停止してエンジンに対する燃料の供給を再開するとともに、燃料カットの停止よりも遅延させて回生を停止させることにより、加速開始時に発生する過剰なトルクを回生トルクとして用いる技術が特許文献２に提案されている。
特開２００３−０６１２１１号公報 特開２００２−１６６７５４号公報
しかしながら、特許文献１に提案されたような従来の技術は、燃料カットを実行していないときに回生を停止するため、車両の状態によっては、回生を停止した後にエンジンの出力によって発電を行う場合には、燃料カットの停止時におけるモータジェネレータの発電電圧を満たすためにエンジンに多めに燃料を供給する必要があり、燃費が悪化してしまうといった課題があった。
また、特許文献２に提案されたような従来の技術は、回生を停止する前に燃料カットを停止するため、回生による燃費効果が低くなり、燃費が悪化してしまうといった課題があった。
そこで、本発明は、このような課題を解決するためになされたもので、燃費を向上させることができる車両用発電制御装置を提供することを目的とする。
上記課題を解決する本発明に係る車両用発電制御装置の一態様は、内燃機関及びモータジェネレータを有する車両に設けられ、前記車両が減速しているときに前記車両の速度が所定の燃料供給復帰車速以下となるまで前記内燃機関に対する燃料の供給を停止する燃料供給停止部と、前記内燃機関の出力によって前記モータジェネレータを駆動させることにより発電される電力及び前記車両の減速時の運動エネルギーを前記モータジェネレータに回生させることにより発電される電力を制御する発電電力制御部と、を備えた車両用発電制御装置であって、前記発電電力制御部は、前記車両が減速しているときに前記車両の速度が前記燃料供給復帰車速よりも高く設定された回生制限車速以下となったことを条件として、前記モータジェネレータにより回生される電力の電圧を低下させる回生発電制限モードに設定し、前記回生発電制限モード中に前記車両の速度が前記燃料供給復帰車速以下となったときに前記モータジェネレータにより回生される電力の電圧を所定の目標値へと徐々に近づけるように低下させる。
本発明は、燃費を向上させることができる車両用発電制御装置を提供することができる。
図１は、本発明の第１の実施の形態に係る車両用発電制御装置を搭載した車両の要部を示す構成図である。 図２は、本発明の第１の実施の形態に係る車両用発電制御装置の回生発電許可判定動作を示すフローチャートである。 図３は、本発明の第１の実施の形態に係る車両用発電制御装置の回生発電実行動作を示すフローチャートである。 図４は、本発明の第１の実施の形態に係る車両用発電制御装置の作用を説明するための概念図である。 図５は、本発明の第２の実施の形態に係る車両用発電制御装置の回生発電実行動作を示すフローチャートである。 図６は、本発明の第２の実施の形態に係る車両用発電制御装置の作用を説明するための概念図である。
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態について説明する。
（第１の実施の形態）
以下、本発明の第１の実施の形態に係る車両用発電制御装置を搭載した車両について説明する。
図１に示すように、車両１は、内燃機関型のエンジン２と、ベルト３などを介してエンジン２の出力軸を回転させるモータジェネレータ４と、エンジン２によって出力された動力を変速する変速機５と、ＥＣＵ（Electronic Control Unit）６と、蓄電装置としてのバッテリ７と、を含んで構成される。
エンジン２には、複数の気筒が形成されている。本実施の形態において、エンジン２は、各気筒に対して、吸気行程、圧縮行程、膨張行程及び排気行程からなる一連の４行程を行うように構成されている。
モータジェネレータ４は、バッテリ７から供給された電力によって駆動することにより、エンジン２の出力軸を回転させる電動機として機能する。また、モータジェネレータ４は、エンジン２の出力軸によって駆動されることにより、バッテリ７に充電する電力を生成する発電機として機能する。
ＥＣＵ６は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）と、ＲＡＭ（Random Access Memory）と、ＲＯＭ（Read Only Memory）と、バックアップ用のデータなどを保存するフラッシュメモリと、入力ポートと、出力ポートとを備えたコンピュータユニットによって構成されている。
コンピュータユニットのＲＯＭには、各種定数や各種マップ等とともに、当該コンピュータユニットをＥＣＵ６として機能させるためのプログラムが格納されている。すなわち、ＣＰＵがＲＯＭに格納されたプログラムをＲＡＭを作業領域として実行することにより、当該コンピュータユニットは、本実施の形態におけるＥＣＵ６として機能する。
ＥＣＵ６の入力ポートには、車両１の速度を検出する車速センサ１１と、変速機５の変速比を検出する変速比センサ１２と、バッテリ７に流出入する電流を検出する電流センサ１３とを含む各種センサ類が接続されている。
変速比センサ１２は、例えば、変速機５の入力軸と出力軸との回転速度を検出するようになっている。ＥＣＵ６は、変速比センサ１２によって検出された変速機５の入力軸と出力軸との回転速度の比から変速機５の変速比を算出するようになっている。
ＥＣＵ６の出力ポートには、モータジェネレータ４に加えて、エンジン２に燃料を供給するインジェクタ２１を含む各種制御対象類が接続されている。ＥＣＵ６は、各種センサ類から得られる情報に基づいて、各種制御対象類を制御するようになっている。
例えば、ＥＣＵ６は、車両１が減速しているときに車両１の速度が所定の燃料供給復帰車速以下となるまでエンジン２に対する燃料の供給を停止する燃料供給停止部３０としての機能を有する。燃料供給復帰車速は、エンジン２がストールしないように、エンジン２に対する燃料の供給が開始される速度であり、その値は、予め実験的に定められた適合値である。
ＥＣＵ６は、エンジン２の出力によってモータジェネレータ４を駆動させることにより発電される電力と、車両１の減速時の運動エネルギーをモータジェネレータ４に回生させることにより発電される電力とを制御する発電電力制御部３１を構成する。
例えば、ＥＣＵ６は、モータジェネレータ４を駆動させるための励磁電流を制御することにより、モータジェネレータ４によって発電される電力の電圧を制御するようになっている。
ＥＣＵ６は、車両１が減速しているときに車両１の速度が燃料供給復帰車速よりも高く設定された回生制限車速以下となったことを条件として、モータジェネレータ４によって回生される電力の電圧を低下させるようになっている。
詳細には、ＥＣＵ６は、車両１が減速しているときに車両１の速度が回生制限車速以下となったことを条件として、車両１の速度が燃料供給復帰車速となったときの目標電圧となるように、モータジェネレータ４によって回生される電力の電圧を低下させるようになっている。
ＥＣＵ６のＲＯＭには、変速機５のギア比と、回生制限車速とが対応付けられた回生制限車速マップが格納されている。ＥＣＵ６は、回生制限車速マップを参照し、変速比センサ１２の検出結果から得られた変速機５のギア比から回生制限車速を決定する回生制限車速設定部３２を構成する。
このように、車両１が減速しているときに車両１の速度が回生制限車速より高い場合には、ＥＣＵ６は、モータジェネレータ４の回生による発電を許可し、モータジェネレータ４の励磁電流を実質的な最大値として、車両１の減速時の運動エネルギーをモータジェネレータ４に回生させて発電させるようになっている。
一方、車両１が減速しているときに車両１の速度が回生制限車速以下の場合には、ＥＣＵ６は、モータジェネレータ４の回生による発電を制限し、車両１の運転状態に応じて、モータジェネレータ４の励磁電流を制御して、車両１の速度が燃料供給復帰車速となったときの目標電圧となるように、モータジェネレータ４によって発電される電力の電圧を制御するようになっている。
以上のように構成されたＥＣＵ６による回生発電許可判定動作について図２を参照して説明する。なお、以下に説明する回生発電許可判定動作は、ＥＣＵ６の起動が完了してから停止するまで、繰り返し実行される。
まず、ＥＣＵ６は、エンジン２に対する燃料の供給を停止する燃料カット中であるか否かを判断する（ステップＳ１）。燃料カット中であると判断した場合には、ＥＣＵ６は、回生制限車速マップを参照し、変速比センサ１２の検出結果から得られた変速機５のギア比から回生制限車速を決定する（ステップＳ２）。
次に、ＥＣＵ６は、車速センサ１１によって検出された車速が回生制限車速以下であるか否かを判断する（ステップＳ３）。ステップＳ１において、燃料カット中でないと判断した場合、又は、ステップＳ３において、車速センサ１１によって検出された車速が回生制限車速以下であると判断した場合には、ＥＣＵ６は、モータジェネレータ４の回生による発電を制限する回生発電制限モードとなり（ステップＳ４）、回生発電許可判定動作を終了する。
ステップＳ３において、車速センサ１１によって検出された車速が回生制限車速以下でないと判断した場合には、ＥＣＵ６は、モータジェネレータ４の回生による発電を許可する回生発電許可モードとなり（ステップＳ５）、回生発電許可判定動作を終了する。
次いで、図３を参照して、ＥＣＵ６による回生発電実行動作について説明する。なお、以下に説明する回生発電実行動作は、図２を参照して説明した回生発電許可判定動作が実行された後、ＥＣＵ６によって実行されてもよく、回生発電許可判定動作と並行してＥＣＵ６によって繰り返し実行されてもよい。
まず、ＥＣＵ６は、回生発電許可モードであるか否かを判断する（ステップＳ１１）。回生発電許可モードであると判断した場合には、ＥＣＵ６は、モータジェネレータ４の励磁電流を実質的な最大値として、車両１の減速時の運動エネルギーをモータジェネレータ４に回生させる回生発電を実行し（ステップＳ１２）、回生発電実行動作を終了する。
回生発電許可モードでないと判断した場合には、ＥＣＵ６は、モータジェネレータ４の回生による発電を制限し、車両１の運転状態に応じて、モータジェネレータ４の励磁電流を制御して、車両１の速度が燃料供給復帰車速となったときの目標電圧となるように、モータジェネレータ４によって発電される電力の電圧を制御する弱発電を実行し（ステップＳ１３）、回生発電実行動作を終了する。
以上に説明した回生発電許可判定動作及び回生発電実行動作の作用について図４を参照して説明する。
符号５０で示すグラフにおいて、縦軸は車速を表し、横軸は時刻を表している。符号５１で示すグラフにおいて、縦軸はモータジェネレータ４によって発電される電力の電圧を表し、横軸は時刻を表している。また、符号５２で示す破線は、比較対象のため、従来の制御でモータジェネレータ４によって発電される電力の電圧の変化を示している。
図４は、車両１が減速しており、燃料カットが実行されている状態から示されている。すなわち、時刻ｔ１よりも前の図外の時刻から、車両１が減速しており、燃料カットが実行されている。
時刻ｔ１において、車両１の速度が回生制限車速以下となると、ＥＣＵ６は、回生発電許可モードから回生発電制限モードとなり、時刻ｔ２で車両１の速度が燃料供給復帰車速となったときの目標電圧となるように、モータジェネレータ４によって発電される電力の電圧を制御する。
モータジェネレータ４による発電負荷の急激な変動によるトルクの変動を防止する目的で、ＥＣＵ６は、積分制御により、モータジェネレータ４によって発電される電力の電圧を目標電圧に徐々に近づけるようになっている。
図４に矢印５３で示すように、時刻ｔ２で車両１の速度が燃料供給復帰車速となったときには、従来の制御と比較して、モータジェネレータ４によって発電される電力の電圧が低くなっているため、燃料カットを停止したときに、モータジェネレータ４によって発電される電力の電圧を維持するために要する燃料の量が低減される。
以上のように、本実施の形態は、車両１が減速しているときに車両１の速度が燃料供給復帰車速よりも高く設定された回生制限車速以下となったことを条件として、モータジェネレータ４によって回生される電力の電圧を低下させる。
特に、本実施の形態は、車両１が減速しているときに車両１の速度が燃料供給復帰車速よりも高く設定された回生制限車速以下となったことを条件として、車両１の速度が燃料供給復帰車速となったときの目標電圧となるように、モータジェネレータ４によって回生される電力の電圧を低下させる。
このため、本実施の形態は、燃料カットを停止したときに、モータジェネレータ４によって発電される電力の電圧を目標電圧にするために要する燃料の量を低減させるとともに、車両１の速度が燃料供給復帰車速となりエンジン２のアイドリングが開始されたとき負荷の変動を抑制することができる。
また、本実施の形態は、変速機５のギア比に応じて回生制限車速を設定するため、変速機５のギア比に対して回生制限車速を最適に設定することができる。
（第２の実施の形態）
本発明の第２の実施の形態については、本発明の第１の実施の形態との相違点について説明する。なお、本実施の形態は、本発明の第１の実施の形態と同一なハードウェア構成によって実現することができるため、本実施の形態については、図１も参照しながら説明する。
本実施の形態は、本発明の第１の実施の形態に対して、ＥＣＵ６のＲＯＭに格納されているプログラムが相違する。具体的には、本実施の形態において、ＥＣＵ６は、本発明の第１の実施の形態におけるＥＣＵ６が有する機能に加えて、車両１が減速しているときに車両１の速度が回生制限車速以下であり、かつ、バッテリ７の蓄電量が所定蓄積量以下である発電制御実行条件が成立していない場合には、モータジェネレータ４が発電することを禁止する機能を有する。所定蓄積量は、予め実験的に定められた適合値である。
本実施の形態において、ＥＣＵ６は、電流センサ１３によって検出された電流を積算することにより、バッテリ７の蓄電量を算出するようになっている。
以上のように構成されたＥＣＵ６による回生発電許可判定動作については、図２を参照して説明した回生発電許可判定動作と同一であるため、説明を省略する。
次いで、図５を参照して、ＥＣＵ６による回生発電実行動作について説明する。なお、以下に説明する回生発電実行動作は、図２を参照して説明した回生発電許可判定動作が実行された後、ＥＣＵ６によって実行されてもよく、回生発電許可判定動作と並行してＥＣＵ６によって繰り返し実行されてもよい。
まず、ＥＣＵ６は、回生発電許可モードであるか否かを判断する（ステップＳ２１）。回生発電許可モードであると判断した場合には、ＥＣＵ６は、モータジェネレータ４の励磁電流を実質的な最大値として、車両１の減速時の運動エネルギーをモータジェネレータ４に回生させる回生発電を実行し（ステップＳ２２）、回生発電実行動作を終了する。
回生発電許可モードでないと判断した場合には、ＥＣＵ６は、発電制御実行条件が成立しているか否かを判断する（ステップＳ２３）。発電制御実行条件が成立していると判断した場合には、ＥＣＵ６は、モータジェネレータ４の回生による発電を制限し、車両１の運転状態に応じて、モータジェネレータ４の励磁電流を制御して、車両１の速度が燃料供給復帰車速となったときの目標電圧となるように、モータジェネレータ４によって発電される電力の電圧を制御する弱発電を実行し（ステップＳ２４）、回生発電実行動作を終了する。
発電制御実行条件が成立していないと判断した場合には、ＥＣＵ６は、モータジェネレータ４に発電することを禁止し（ステップＳ２５）、回生発電実行動作を終了する。
以上に説明した回生発電許可判定動作及び回生発電実行動作の作用について図６を参照して説明する。
符号６０で示すグラフにおいて、縦軸は車速を表し、横軸は時刻を表している。符号６１で示すグラフにおいて、縦軸はモータジェネレータ４によって発電される電力の電圧を表し、横軸は時刻を表している。また、符号６２で示す破線は、比較対象のため、従来の制御によってモータジェネレータ４によって発電される電力の電圧の変化を示している。
図６は、車両１が減速しており、燃料カットが実行されている状態から示されている。すなわち、時刻ｔ１１よりも前の図外の時刻から、車両１が減速しており、燃料カットが実行されている。
時刻ｔ１１において、車両１の速度が回生制限車速以下となったときに、発電制御実行条件が成立していない場合には、ＥＣＵ６は、モータジェネレータ４に発電することを禁止する発電禁止モードとなる。
発電禁止モードにおいて、モータジェネレータ４による発電負荷の急激な変動によるトルクの変動を防止する目的で、ＥＣＵ６は、積分制御により、モータジェネレータ４によって発電される電力の電圧を０に徐々に近づけるようになっている。
時刻ｔ１２で車両１の速度が燃料供給復帰車速となり、その後、時刻ｔ１３で発電制御実行条件が成立すると、ＥＣＵ６は、回生発電制限モードとなり、モータジェネレータ４によって発電される電力の電圧を目標電圧となるように制御する。
図６に矢印６３で示すように、時刻ｔ１２で車両１の速度が燃料供給復帰車速となったときには、従来の制御と比較して、モータジェネレータ４によって発電される電力の電圧が低くなっているため、燃料カットを停止したときに、モータジェネレータ４によって発電される電力の電圧を維持するために要する燃料の量が低減される。
以上のように、本実施の形態は、本発明の第１の実施の形態と同様な効果が得られるとともに、バッテリ７の蓄電量が所定蓄積量より多いときには、モータジェネレータ４が発電することを禁止するため、バッテリ７の過充電を防止することができる。
以上、本発明の実施の形態について開示したが、本発明の範囲を逸脱することなく本実施の形態に変更を加えられ得ることは明白である。本発明の実施の形態は、このような変更が加えられた等価物が特許請求の範囲に記載された発明に含まれることを前提として開示されている。
１ 車両
２ エンジン（内燃機関）
４ モータジェネレータ
５ 変速機
７ バッテリ（蓄電装置）
３０ 燃料供給停止部
３１ 発電電力制御部
３２ 回生制限車速設定部

Claims (3)

  1. 内燃機関及びモータジェネレータを有する車両に設けられ、
    前記車両が減速しているときに前記車両の速度が所定の燃料供給復帰車速以下となるまで前記内燃機関に対する燃料の供給を停止する燃料供給停止部と、
    前記内燃機関の出力によって前記モータジェネレータを駆動させることにより発電される電力及び前記車両の減速時の運動エネルギーを前記モータジェネレータに回生させることにより発電される電力を制御する発電電力制御部と、を備えた車両用発電制御装置であって、
    前記発電電力制御部は、前記車両が減速しているときに前記車両の速度が前記燃料供給復帰車速よりも高く設定された回生制限車速以下となったことを条件として、前記モータジェネレータにより回生される電力の電圧を低下させる回生発電制限モードに設定し、前記回生発電制限モード中に前記車両の速度が前記燃料供給復帰車速以下となったときに前記モータジェネレータにより回生される電力の電圧を所定の目標値へと徐々に近づけるように低下させる車両用発電制御装置。
  2. 前記車両は、前記内燃機関によって出力された動力を変速する変速機を更に有し、
    前記変速機のギア比に応じて前記回生制限車速を設定する回生制限車速設定部を更に備えた請求項１に記載の車両用発電制御装置。
  3. 前記車両は、前記モータジェネレータによって発電された電力を蓄電する蓄電装置を更に有し、
    前記発電電力制御部は、前記車両の速度が前記回生制限車速以下であり、かつ、前記蓄電装置の蓄電量が所定蓄積量以下であることを発電制御実行条件として、前記発電制御実行条件が成立した場合には発電を実行し、前記発電制御実行条件が成立していない場合には、前記モータジェネレータが発電することを禁止する請求項１又は請求項２に記載の車両用発電制御装置。
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