(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
アクセルセンサと、電動発電機の回転を検出する回転センサと、この回転センサおよび前記アクセルセンサの出力にしたがってこの電動発電機を制御する制御回路とを備え、この制御回路は、電動発電機が電動モードから発電モードに転換する条件と発電モードから電動モードに転換する条件との間に違いを設けたヒステリシス制御手段を含むハイブリッド自動車の制御装置において、
前記制御回路は、電動モードから発電モードへの転換時には電動発電機の電流を時間の経過に対して緩やかに制御目標値まで増大させる遅延手段を備え、
前記遅延手段は、時間の経過に対する電流変化の制御パターンをあらかじめ記録したメモリ手段と、このメモリ手段から読出した制御パターンにしたがって電流を制御する手段とを含む
ことを特徴とするハイブリッド自動車の制御装置。
【請求項２】
前記制御回路は、発電モードから電動モードへの転換時にも電動発電機の電流を時間の経過に対して緩やかに制御目標まで増大させる遅延手段を備えた請求項１記載のハイブリッド自動車の制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、車軸を駆動する内燃機関およびその補助加速およびその補助制動を行う電動発電機を備えたハイブリッド自動車に利用する。本発明は、電動発電機が補助加速を行う電動モードと、電気制動を行う発電モードとを転換するときに発生する衝撃または振動を緩和するための改良に関する。
【０００２】
本発明は、出願人がＨＩＭＲの名称で製造販売し、国際公表公報ＷＯ８８／０６１０７（国際出願番号ＰＣＴ／ＪＰ８８／００１５７）に開示されたバスまたはトラック用のハイブリッド自動車に適する制御装置として開発された発明であるが、内燃機関および電動発電機を併用し、電動発電機を補助加速および補助制動に利用するハイブリッド自動車に広く利用することができる。
【０００３】
【従来の技術】
上記国際公表公報に開示されたハイブリッド自動車を簡単に説明すると、この装置は図１に示すように（ハードウエア構成は従来例装置も本発明実施例装置も同じである）、内燃機関１のクランク軸にその回転子が直結されたかご形誘導機により構成された電動発電機２と、電池３と、この電池３とこの電動発電機２の間に設けられたインバータ回路４とを備える。このインバータ回路４は、電動発電機２が車両を加速する補助加速用の電動機として作動する電動モードでは、電池３からエネルギを電動発電機２に送り、電動発電機２が電気制動を行う発電機として作動する発電モードでは、電動発電機２に発生する電気エネルギを電池３に回生するように動作する。このインバータ回路４の動作は制御回路５に設定された制御プログラムによりコンピュータ制御される。
【０００４】
発電モードでは電動発電機２が発生する電気エネルギを半導体スイッチ１２を介して、抵抗器１１により消費することにより電気制動による車両の減速を有効に行うことができるが、その場合には電気制動により発生する電気エネルギは抵抗器１１により消散してしまう。エネルギを有効利用するためには、この電気制動により発生する電気エネルギをできるだけ多く電池３に回生するように制御することが効率的である。
【０００５】
制御回路５は、内燃機関１および回転軸が直結されている電動発電機２の回転を検出する回転センサ６の出力、この車両の車輪（または変速機）に設けられた車速センサ１６の出力、運転者により操作されるアクセルペダル２１の状態を検出するアクセルセンサ１７の出力、および運転者により操作されるブレーキペダル２２の状態を検出するブレーキセンサ１８の出力を取込み、運転状態にしたがって電動発電機２を電動モードおよび発電モードに制御する。
【０００６】
たとえば、回転センサ６が検出する回転と車速センサ１６が検出する回転との間に一定の比があり、それが変速機の一つのギヤ比に一致するときには、変速機が設定されている状態にあり、その状態で、ブレーキペダル２２が解放されていてアクセルペダル２１が踏み込まれているときには、運転操作は加速を行うことを命令していることになる。このときには、電動発電機２は電動モードに制御され、電池３から供給される電気エネルギにより電動発電機２は車両の補助加速を行う。
【０００７】
また、車速センサ１６に所定値以上の速度が検出されているときに、アクセルペダル２１が解放されると、いわゆるエンジンブレーキの状態であり、電動発電機２は発電モードに転換されて車両の減速を補助するとともに、それにより生じた電気エネルギを電池３に充電する。アクセルペダル２１が解放され、ブレーキペダル２２が踏まれると、このときにもそのブレーキ作用を補助するために、電動発電機２は発電モードとなり車両の減速を補助する。
【０００８】
この装置は優れたハイブリッド自動車であるが、たとえば車両が通常の走行速度で走行中に、アクセルペダル２１が深く踏まれた状態から浅く踏まれた位置に変位し、その位置でしばらく維持されているような状態にあるときに電動発電機２が電動モードになったり発電モードになったりを繰り返し、いわゆるハンチング現象を起こすことがある。アクセルペダルが浅く踏まれてある時間維持されていると、制御回路５はエンジンブレーキの状態であると判定する。このとき車両は減速される、その減速により生じる制動エネルギを回生するために電動発電機２は自動的に発電モードに転換する。その直後に運転者がわずかにアクセルペダル２１を踏み込むようなことがあると、それをきっかけにして、電動発電機２のモードは発電モードから電動モードに転換し、それがまた発電モードに戻るというようなハンチング現象を引き起こすことがある。これは車両の前後方向の衝撃あるいは振動になって現れ、乗員または乗客などの搭乗者は不快を感じる。
【０００９】
これを解決するために本願出願人は、電動モードから発電モードへの転換条件と、発電モードから電動モードへの転換条件に差を設けて、つまり二つのモードの間の転換および逆転換の条件にヒステリシスを設けて、このハンチング現象を防止する技術を特許出願した（特願平７−７３７１３号、特開平８−２７５３０５号公報参照、以下「先願発明」という）。
【００１０】
この先願発明を簡単に例示により説明すると、図３は横軸に電動発電機の回転速度をとり、縦軸にその電動発電機の電流をとった動作説明図であり、電流が正の領域（＋）にあるときには電動発電機は電動モードにあり、電流が負の領域（−）にあるときには電動発電機は発電モードにあることを示す。いま動作点がこの図上のＡ点にあり、電動モードすなわち補助加速を行っていたとき、アクセルペダルの位置（この図には現れない）がかりに低いレベルの一定の位置に維持されているとすると、加速が行われ回転速度が上昇するにつれ電動発電機への供給電流が小さくなり零になる。このときの電動発電機の回転速度はＲ0である。電動発電機の回転速度がＲ0 になってアクセルペダルの踏み込み量が変化していないのに車速が上昇しているのであるから、電動発電機は自動的に発電モードに転換することになる。しかし、このとき先願発明ではただちに発電モードに転換するのではなく、さらに回転速度が上昇してＲ1 に達したときにはじめて発電モードに転換するようにするとともに、発電モードから逆に回転速度がしだいに低下してくるときには、回転速度Ｒ0 のときに電動モードに転換するように工夫した。
【００１１】
すなわち電動モードと発電モードとの転換条件の一つに電動発電機の回転速度を設定し、その転換点を電動モードから発電モードへは回転速度Ｒ1 とし、発電モードから電動モードへの回転速度Ｒ0 として、この動作特性にヒステリシスを設けることにした。これにより、すなわち電動発電機の回転速度Ｒ1 とＲ0 が離れていることにより、ただちにモード転換が交互に起こる現象を回避することができるから、二つのモードがひんぱんに転換を繰り返すハンチング現象を回避することができることになった。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
本願発明者はこの従来装置について繰り返し試験を行った。そして、走行中にさまざまな運転操作を行ってみた。ヒステリシスの条件（横軸）を図３の説明のように回転速度にとるだけでなく、時間（または遅延時間）を与えるなどの試験を行った。そしてこのようなヒステリシス制御手段を設けることにより、またこのヒステリシス特性を適当に調節することにより、モード転換および逆転換が相互に繰り返されるようなハンチング現象をほとんどなくすことができることがわかったが、走行中のモード転換に伴って車両に発生する衝撃または振動をかならずしも完全に消滅することができないこともわかった。とくに電動発電機が電動モードから発電モードに転換するときに「ガクン」という衝撃が残ることがわかった。
【００１３】
本発明は、このような背景に行われたものであって、車両の走行中に電動発電機がモード転換を行うに伴って、車両に発生する衝撃または振動を小さくすることを目的とする。本発明はとくに、車両の走行中に電動発電機が電動モードから発電モードに転換するときに発生する衝撃を小さくすることを目的とする。本発明は、電動発電機がモード転換を行うに伴って発生する衝撃を搭乗者が不快に感ずることがない程度に小さくすることを目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
本発明は、ヒステリシス制御手段に加えて、電動発電機から発生する電流を一挙に目標値に制御するのではなく、時間の経過とともに緩やかに増大させて目標値に制御する遅延手段を設けることを特徴とする。
【００１５】
すなわち本発明は、アクセルセンサ（１７、数字は図１に示す実施例図面の参照符号、以下同じ）と、電動発電機（２）の回転を検出する回転センサ（６）と、この回転センサおよび前記アクセルセンサの出力にしたがってこの電動発電機を制御する制御回路（５）とを備え、この制御回路（５）は、電動発電機（２）が電動モードから発電モードに転換する条件と発電モードから電動モードに転換する条件との間に違いを設けたヒステリシス制御手段を含むハイブリッド自動車の制御装置において、前記制御回路（５）は、電動モードから発電モードへの転換時には電動発電機（２）の電流を時間の経過に対して緩やかに制御目標値まで増大させる遅延手段を備えた（図２に例示する制御曲線）ことを特徴とする。
【００１６】
このような構成により、モード転換に伴って車両に加わる進行方向加速度が急激に変化することはなくなり、搭乗者が不快に感ずるほどの衝撃や振動はほとんどなくなるように設計することができる。
【００１７】
これは電動モードから発電モードへの転換時にかぎらず、発電モードから電動モードへの転換時にも電動発電機の電流を時間の経過に対して緩やかに制御目標まで増大させるように構成することができる。
【００１８】
このような制御は、制御回路（５）に、時間の経過に対する電流変化のパターンをあらかじめ記録したメモリ手段を設けておき、このメモリ手段から読出したパターンにしたがって電流を制御する構成とすることができる。さらに具体的には、電流値は制御回路の出力により制御される半導体スイッチ（図１ではインバータ回路４の内部の半導体スイッチ）の導通角度を制御することにより行うことができる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
図１は本発明実施例装置のハードウエア構成図である。この装置は、内燃機関１のクランク軸に電動発電機２の回転軸が直結されている。電動発電機２はかご形誘導機により構成され、電動モードでは界磁巻線に回転軸の回転速度より大きい回転速度を有する回転磁界を与える三相交流電流を供給して駆動する。発電モードでは、電動発電機２の界磁巻線に回転軸の回転速度より小さい回転速度を有する回転磁界を与える三相交流電流を供給する。このときには、回転軸に与えられる機械エネルギが電気エネルギに変換されて、これを三相交流として界磁巻線から取り出すことができる。電動発電機２に供給する交流電流は、電池３から供給される直流電流をインバータ回路４により変換して得る。また電動発電機２が発電機として動作するときに発生する三相交流は、おなじくインバータ回路４により直流電流に変換され、電池３を充電するようにして回生される。インバータ回路４の交流側の周波数、すなわち電動発電機２の回転磁界の回転速度は、内燃機関１つまり電動発電機２の回転軸の回転速度を検出する回転センサ６の出力を取込み、インバータ回路４を制御する制御回路５により制御される。
【００２０】
すなわち、電動発電機２を電動モードとして補助加速を行うときには、制御回路５はアクセルペダル２１に連動するアクセルセンサ１７の出力を取込み、回転センサ６が検出する回転速度よりわずかに大きい（正のスリップ率０〜数％の）回転磁界を電動発電機２の界磁巻線に発生させるようにインバータ回路４を制御する。このとき電気エネルギは電池３から電動発電機２に供給される。電動発電機２を発電モードとして動作させて補助制動を行うときには、制御回路５は回転センサ６が検出する回転速度よりわずかに小さい（負のスリップ率０〜数％の）回転磁界を電動発電機２の界磁巻線に発生させるようにインバータ回路４を制御する。このときエネルギは電動発電機２から電池３に供給される、あるいは半導体スイッチ回路１２を介して抵抗器１１により消耗される。このとき電池３の端子電圧は検出回路１３により観測されていて、電池３に充電の余裕があるならスイッチ制御回路１４は半導体スイッチ回路１２を非導通状態として、電流は電池３を充電するように流れる。電池３がすでに十分充電されていて充電の余裕がないなら、スイッチ制御回路１４は半導体スイッチ回路１２を導通状態として、電動発電機２で制動により発生した電気エネルギは抵抗器１１により放散される。
【００２１】
車速センサ１６は車輪回転または変速機出力側の回転を検出するセンサであり、制御回路５が、現在変速機がどのギヤに設定されているかを知るために利用される。電池３の標準的な端子電圧は例えば３００Ｖであり、これは車内の電気設備で利用するには高すぎて不便であるから、ＤＣ／ＤＣコンバータ１９により２４Ｖに変換されて車内に供給される。コンデンサ７はインバータ回路４の直流側端子の電圧をインバータ回路４の制御に係わらず一定に維持するためのものである。
【００２２】
この図１に開示する装置、制御回路５およびインバータ回路４の構成および動作については、すでによく知られているものであり、上記国際公表公報に説明があるのでここでは詳しい説明を省略する。
【００２３】
ここで本発明の特徴は、電動発電機２がモード転換を行うときの電流制御にある。図２は本発明実施例装置の電流制御特性を例示する動作説明図である。図２の横軸は電動発電機２の回転速度（ｒｐｍ）である。縦軸は電動発電機の電流（Ａ）であり、エネルギが電動発電機２に供給される電動モードを正の領域（＋）側に、エネルギが電動発電機２から取り出される発電モードを負の領域（−）側に表す。電動発電機２そのものは三相交流であるから、この「電流」はインバータ回路４の直流側で考えると理解しやすい。
【００２４】
いま、車両が走行状態にあり、アクセルペダル２１が軽く踏まれている状態にあり、その動作点はＡにあるものとする。このとき電動発電機２は電動モードで動作していて補助加速を行っている。しだいに車両が加速されても運転操作によるアクセルペダル２１に変化がないものとすると、電動発電機２の回転速度はしだいに上昇し、これに伴い電動発電機２に供給される電流はしだいに小さくなる。この回転速度がＲ0 に達すると、電動発電機２は実質的に空転状態になり、加速も制動も行っていない状態となる。
【００２５】
これが内燃機関１または路面の下り坂などにより車両がさらに加速されて、回転速度Ｒ1 に達すると、制御回路５はモード転換して電動発電機２は電動モードから発電モードになる。ここで上で説明した従来例装置では、ただちにこの電流値を制御目標値である電流ｉを電動発電機２から取り出すような制御を行っていたが、本願発明ではこれを遅延手段により時間をかけて緩やかに制御目標値の電流ｉまで変化させるように制御する。
【００２６】
この遅延手段の制御パターンとして制御回路５の制御コンピュータに設定することができる。さらに詳しくはこの制御パターンをあらかじめ記憶手段に設定しておき、このモード転換制御を行った直後にこのパターンを読出してそのパターンにしたがって電流を増大させるように制御することができる。
【００２７】
図４にこの遅延手段の制御フローチャートを示す。これを説明すると、この遅延手段の制御は電動モードを発電モードに転換する命令により起動する。回転センサ６の出力（Ｒ）を取込み、その出力Ｒがヒステリシス制御のために設定された回転速度Ｒ1 に達すると、記憶回路にあらかじめ記憶してある制御パターンを読み込む。この制御パターンにしたがって、インバータ回路４の半導体スイッチに与える電流導通角を小さい値から大きい値に向けてしだいに増大させるように制御する。この電流値が制御目標に達したときにこの遅延手段の制御は終了する。この電流値は測定値があるならそれを利用することができるが、測定値がなくとも、その制御パターンにより相応の電流値に達したことを識別して、この遅延制御を終了するように制御することができる。
【００２８】
この実施例では制御目標値の電流ｉの０％から１００％までを１秒ないし１０秒かけて直線的に変化させるパターンを用いて試験した。この結果、この電流増大に要する時間を長くするにしたがい、車両に加わる衝撃が小さくなることが確認された。試験の結果からは、制御目標値の電流ｉの０％から１００％までを５秒ないし１０秒かけて直線的に変化させることにより、乗員が不快に感じるような衝撃をほとんどなくすることができることがわかった。
【００２９】
この遅延手段の制御パターンは車両の質量により、電動発電機の性能により、制御目標値の大きさにより、それぞれ最適になるように設定することができる。また、図２に直線で示すように、かならずしも直線的に変化させるのではなく、同図に破線で示すように、上に凸にあるいは下に凸にそのパターン曲線を設定することができる。これらは、適用する車両の性質に応じて任意に選択し設計することができる。またこの遅延手段の遅延時間を長くすると、発生する衝撃は少なくなるが、実質的にモード転換が遅れる、発電モードがなかなか立ち上がらない、すなわち補助制動がなかなか効かない、という不都合となって現れることになる。これは、車両の種別毎に設計によって設定すべき問題である。
【００３０】
試験の結果からは、電動発電機が電動モードから発電モードに転換するときの衝撃が発電モードから電動モードに転換するときの衝撃より大きいことがわかっているが、発電モードから電動モードに転換するときにも、同様にこれを緩やかに制御するように構成することができる。すなわち図２に一点鎖線で示すように、電動発電機を発電モードから電動モードに転換するときにも、その電流制御を時間をかけて緩やかに変更するように制御することができる。このような制御を行うことにより、発電モードから電動モードへの転換時に生じる衝撃についてもこれを小さくすることができる。図５にこのときの遅延手段の制御フローチャートを示す。このフローチャートの内容は図４の説明と同様に理解できるので、詳しい説明を省略する。
【００３１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明により電動発電機が車両を補助加速する電動モードと、車両を補助制動する発電モードとの転換時に生じる衝撃または振動を車両の乗員が不快に感じることがなくなる程度に有効に低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明実施例装置のハードウエア構成図。
【図２】本発明実施例装置の動作説明図。
【図３】従来例装置の動作説明図。
【図４】本発明実施例装置の制御回路に設定される遅延手段の制御フローチャート（電動モードから発電モードに転換する場合）。
【図５】本発明実施例装置の制御回路に設定される遅延手段の制御フローチャート（発電モードから電動モードに転換する場合）。
【符号の説明】
１  内燃機関
２  電動発電機
３  電池
４  インバータ回路
５  制御回路
６  回転センサ
７  コンデンサ
１１  抵抗器
１２  半導体スイッチ回路
１３  検出回路
１４  スイッチ制御回路
１５  電流検出器
１６  車速センサ
１７  アクセルセンサ
１８  ブレーキセンサ
１９  ＤＣ／ＤＣコンバータ
２１  アクセルペダル
２２  ブレーキペダル
【図１】
0003691984.tif 000002
【図２】
0003691984.tif 000003
【図３】
0003691984.tif 000004
【図４】
0003691984.tif 000005
【図５】
0003691984.tif 000006