(57)【要約】【課題】ハイブリッド自動車の補助走行時に、内燃機関と電動機がそれぞれ分担する負荷分担率を確定的に制御し、補助走行時の燃料効率を改善する。とくにアクセル・ペダルの操作量の小さい領域の燃料効率を改善する。【解決手段】アクセル・ペダルの操作情報をハイブリッド制御回路に取込む。ハイブリッド制御回路では、あらかじめ設定された制御マップを参照して内燃機関と電動機との負荷分担率を演算設定し、電動機を制御する。そして内燃機関制御回路に対しては、ハイブリッド制御回路から、内燃機関が分担する負荷分担率に対応する電気信号をアクセル・ペダルの操作量の情報に代えて送出する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関と、この内燃機関に供給する燃料流量を制御する内燃機関制御回路と、前記内燃機関の回転軸にその回転軸が連結される電動機と、電池と、この電池および前記電動機との間を電気的に結合するインバータと、このインバータを制御するハイブリッド制御回路とを備えたハイブリッド自動車において、
アクセル・ペダルの操作量情報が電気信号として前記ハイブリッド制御回路に取込まれ、そのハイブリッド制御回路には前記アクセル・ペダルの操作量情報に基づいて内燃機関と電動機との負荷分担率を演算する手段を備え、前記ハイブリッド制御回路から前記内燃機関制御回路に対して前記演算する手段により演算された内燃機関の負荷分担率に対応する情報を送出する手段を備えたことを特徴とするハイブリッド自動車。
【請求項２】
前記負荷分担率に対応する情報は前記アクセル・ペダルの操作量情報と同等の電気信号である請求項１記載のハイブリッド自動車。
【請求項３】
前記ハイブリッド制御回路には、前記電池の充電状態を認識する手段と、この手段により認識された電池の充電状態にしたがって前記負荷分担率を変更設定するための制御マップとを含む請求項２記載のハイブリッド自動車。
【請求項４】
前記ハイブリッド制御回路には、前記電池の充電状態が所定値より大きいとき前記アクセル・ペダルの操作量が所定値より小さい領域で電動機の負荷分担率を可能な最大値に制御する手段を含む請求項３記載のハイブリッド自動車。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関による動力と電動機による動力とを併用するハイブリッド自動車の駆動力負荷分担制御の改良に関する。とくにアクセル・ペダルの踏み込み量にしたがって、内燃機関による負荷分担と電動機による負荷分担との比率を制御することにより、燃料消費量を経済化するための改良に関する。
【背景技術】
【０００２】
ハイブリッド自動車は、その走行状態が、発進、加速、登坂など機関出力を必要とする状態になったときには、内燃機関が出力する駆動力に対して、電動機が加速を補助的に作用する補助加速モードに設定される。このとき、運転者が操作するアクセル・ペダルの踏み込み量に対応して、液体燃料を利用する内燃機関と電気動力を利用する電動機とはそれぞれ独立に駆動力を出力し、それぞれが走行に必要な負荷を分担することになる。
【０００３】
従来例装置では、アクセル・ペダルの踏み込み量を検出するアクセル・センサからの電気信号出力は、内燃機関に供給する燃料流量を制御する内燃機関制御回路、および電動機に供給する電流を制御するハイブリッド制御回路に、それぞれ並列的に伝達されるように構成されている。そしてこの二つの制御回路が、それぞれの制御論理にしたがってその制御出力を発生する。運転者が操作しているアクセル・ペダル踏み込み量はあくまでも総合的な機関出力である。運転者はさらに車両を加速させたいならアクセル・ペダルを踏み込むし、あるいは車両を減速させたいならアクセル・ペダルを解放する方向に操作を行う。これにしたがってこのような従来例装置では、内燃機関の制御回路も電動機の制御回路も、独立に加速、あるいは減速の制御を実行するように構成されている。
【０００４】
したがって二つの駆動装置から出力される総合的な駆動力は、その時点で運転者が操作しているアクセル・ペダルの操作量に対応しているが、その時点での必要な全体の負荷を内燃機関と電動機がそれぞれどのような割合で分担しているか、については一定に定まらない。分かりやすい例を示すと、アクセル・ペダル操作入力に応答する制御にはヒステリシスがある。ヒステリシス特性は内燃機関と電動機ではその特性に違いがある。したがって、ある特定の踏み込み量でアクセル・ペダルが操作されていても、それ以前にアクセル・ペダルの操作量の変位がどのような経過をとってきたかにより、内燃機関と電動機との間の負荷分担率は相違してくることになる。
【０００５】
上記のようにアクセル・ペダルの踏み込み量の一つの値に対して、内燃機関と電動機との間の負荷分担が一つに定まらない原因は、上記ヒステリシス特性による原因のほかにもさまざまにある。内燃機関の温度状態、電動機に電流を供給する電池の状態、アクセル・ペダルの操作速度なども、内燃機関と電動機との負荷分担率が一つに定まらない原因となりえる。このように従来例装置では、アクセル・ペダルの操作量に対応して、内燃機関と電動機との間の負荷分担率は状況に応じてつねに変動していることになる。
【０００６】
アクセル・ペダルの操作量に対応する内燃機関および電動機の応答特性については、下記特許文献に開示がある。
【特許文献１】特開平１０−２３６０８号公報
【特許文献２】特開平８−２９４２０５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上記のようにアクセル・ペダルの操作量に対応して、内燃機関と電動機との負荷分担率が一定に定まらないと、ハイブリッド自動車の特性を十分に生かすことができない場合があることがわかった。すなわち、ハイブリッド自動車の最大の特長は走行距離あたりの燃料消費量が小さいことである。この特長を生かすためには、可能なかぎり減速時に回生制動による充電を実行して電池の充電状態を高い値に維持するとともに、加速時に補助電動走行の割合を大きくすることである。加速時に補助電動走行の割合を大きくするには、アクセル・ペダルの操作量に対応して、可能なかぎり補助電動走行の割合を大きくするように制御を実行しなければならない。
【０００８】
従来設計されたハイブリッド自動車についてこれをさらに詳しく調べると、とくにアクセル・ペダルの操作量が３分の１以下の小さい領域で、すなわち総合的な出力トルクが小さい領域で、内燃機関と電動機との間の負荷分担率が、さまざまな影響を受けて大きく変動することがわかった。そしてこのときには、内燃機関および電動機によりそれぞれ発生する駆動力に対して、個別の効率が最適になるように設計されていても、この負荷分担率が適当でなくなると、内燃機関の分担が大きくなり総合的な燃料効率が悪くなることがわかった。
【０００９】
本発明はこのような背景に行われたものであって、ハイブリッド自動車の内燃機関と電動機との間の負荷分担率を最適に制御することができる装置を提供することを目的とする。本発明は、ハイブリッド自動車の燃料消費率を改善することを目的とする。とくにアクセル・ペダルの操作量が小さい領域におけるハイブリッド自動車の燃料消費率を改善することを目的とする。本発明は、電池の充電状態に対応して、アクセル・ペダルの操作量が小さい領域での燃料消費率を改善することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、アクセル・ペダルの操作量情報を内燃機関を制御する内燃機関制御回路と、電動機を制御するインバータ制御回路とのうち、インバータ制御回路に取込む。そしてインバータ制御回路では、あらかじめ設定されたマップを参照して、電動機と内燃機関との間の負荷分担率を設定し、その負荷分担率にしたがって双方の制御回路がそれぞれ出力を制御するように構成することを特徴とする。このマップはその時点の電池の充電状態を参照して、可能なかぎり電動機による負荷分担が大きくなるように設定される。そして、インバータ制御回路はその分担率にしたがって電動機の出力を制御するとともに、内燃機関制御回路に対しては、内燃機関が負担すべき負荷分担率にしたがって、アクセル・ペダルの操作量と同等の方式で電気信号を送信するように構成する。
【００１１】
すなわち本発明は、内燃機関と、この内燃機関に供給する燃料流量を制御する内燃機関制御回路と、前記内燃機関の回転軸にその回転軸が連結される電動機と、電池と、この電池および前記電動機との間を電気的に結合するインバータと、このインバータを制御するハイブリッド制御回路とを備えたハイブリッド自動車において、アクセル・ペダルの操作量情報が電気信号として前記ハイブリッド制御回路に取込まれ、そのハイブリッド制御回路には前記アクセル・ペダルの操作量情報に基づいて内燃機関と電動機との負荷分担率を演算する手段を備え、前記ハイブリッド制御回路から前記内燃機関制御回路に対して前記演算する手段により演算された内燃機関の負荷分担率に対応する情報を送出する手段を備えたことを特徴とする。
【００１２】
前記負荷分担率に対応する情報は前記アクセル・ペダルの操作量情報と同等の性質の電気信号とすることが望ましい。
【００１３】
前記ハイブリッド制御回路には、前記電池の充電状態を認識する手段と、この手段により認識された電池の充電状態にしたがって前記負荷分担率を変更設定するための制御マップとを含む構成とすることが望ましい。
【００１４】
前記インバータ制御回路には、前記電池の充電状態が所定値より大きいとき前記アクセル・ペダルの操作量が所定値より小さい領域で電動機の負荷分担率を可能な最大値に制御する手段を含む構成とすることがよい。
【発明の効果】
【００１５】
本発明により、アクセル・ペダルの操作量により定まる内燃機関および電動機の総合出力に対して、内燃機関および電動機はその負荷分担率が変化しないように制御することができる。したがって各時点で負荷分担率は各時点で最適な値に制御され、総合的な燃料消費率が向上する。とくに、アクセル・ペダルの操作量の小さい範囲で、電池の充電状態に対応して負荷分担率を適正に制御設定することにより燃料効率（リットル／ｋｍ)は著しく改善される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
図１に本発明実施例装置の全体構成をブロック構成図として示す。はじめに装置の全体構成を説明する。内燃機関１の出力軸には電動発電機２の回転軸が固定的に連結される。この電動発電機２は一つの回転機であり、その動作モードにしたがって、電動機としても発電機としても作用する。上記説明の「電動機」は、この電動発電機２の一つの動作モードとして実現されている。すなわちこの電動発電機２の界磁巻線には三相交流が供給され、その界磁巻線により形成される回転磁界の回転速度が、機械的な回転子の回転速度より大きいときにこの装置は電動機として作用する。このとき電気エネルギは電池８からインバータ６を介して交流電流に変換されて供給される。この電動発電機２の界磁巻線に供給される三相交流が形成する回転磁界の回転速度が、回転子の機械的な回転速度より小さいときには、この装置は発電機として作用する。このときこの装置から交流電流が発生し、これはインバータ６で直流電流に変換され電池８に充電される。回転磁界の回転速度、すなわち三相交流の周波数はハイブリッド制御回路７により制御される。ハイブリッド制御回路７はプログラム制御回路により構成されている。
【００１７】
この電動発電機２の回転軸にはクラッチ３の入力軸が接続される。このクラッチ３は図示を省略するクラッチ・アクチュエータにより、半クラッチ状態を含むその接続状態が制御される。このクラッチ３の出力軸には変速機４の入力軸が接続される。この変速機４はこれも図示されていない変速制御装置により切換え制御される。この変速機４は、ニュートラル、前進５段、および後退１段の変速位置を設定することができるよく知られた装置である。変速機４の出力軸はこの車両のプロペラ軸５に連結される。運転席に設けられたアクセル・ペダル１１および変速レバーの操作にしたがって、クラッチ・アクチュエータおよび変速制御装置が制御される。この制御はよく知られた技術であるのでここでは詳しい説明を省略する。
【００１８】
電動発電機２の界磁巻線は、上記のように供給される三相交流により回転磁界を形成するように構成されている。この三相交流の端子はインバータ６の交流側端子に電気的に接続される。インバータ６は、プログラム制御回路により構成されたハイブリッド制御回路（ＨＶ−ＥＣＵ）７により、その位相回転角度が制御される。インバータ６の直流側端子には電池８が接続される。さらに図面が複雑になるので図示を省略するが、ハイブリッド制御回路７には入力情報として、内燃機関（すなわち電動発電機）の回転情報、クラッチの動作情報、変速機の位置情報、車速情報、アクセル・ペダルの操作情報、ブレーキの操作情報、電池の充電容量の情報、その他が電気信号として入力する。またこのハイブリッド制御回路７は、この車両に設けられた他のプログラム制御回路、たとえば内燃機関制御回路、クラッチ制御回路、変速機制御回路、排気ブレーキ制御回路、その他と通信バスにより連結され、制御情報を共有するように構成されている。
【００１９】
内燃機関１には燃料ポンプ１０が設けられ、この燃料ポンプ１０は内燃機関制御回路（Ｅ−ＥＣＵ）９により制御される。アクセル・ペダル１１の操作情報は電気信号であり、これは、内燃機関制御回路９にではなくハイブリッド制御回路７に取込まれる。これは本発明の特徴ある構成であり、あとからさらに詳しく説明する。
【００２０】
上記ハイブリッド自動車の動力装置はよく知られた構造であるが、その動作を簡単に説明する。ハイブリッド制御回路７に入力する各種情報から車両が加速する状態にあるときには、電動発電機２の界磁巻線の回転磁界をその回転速度が電気子の機械的な回転速度より大きくなるように制御する。これにより電動発電機２は電動機として作用し、電池８に蓄えられた電気エネルギを利用して車両を加速させるように作動する。これが補助加速モードである。
【００２１】
車両が減速する状態、とくにエンジン・ブレーキの状態になったときには、ハイブリッド制御回路７は電動発電機２の界磁巻線の回転磁界をその回転速度が電気子の機械的な回転速度より小さくなるように制御する。これにより電動発電機２は発電機として作用する。このときプロペラ軸５により駆動される回転エネルギにより生じる電気エネルギは、直流電流に変換されて電池８に充電される。これが回生制動モードである。
【００２２】
ここで本発明の特徴ある動作を説明すると、上述のようにアクセル・ペダル１１の操作量情報は電気信号であり、これはハイブリッド制御回路７に取込まれる。直接内燃機関制御回路９に取込まれるのではない。ハイブリッド制御回路７はプログラム制御回路である。そしてこのハイブリッド制御回路７は、常時監視している電池８の充電状態を参照して制御を実行する。
【００２３】
いまアクセル・ペダルが踏み込まれ車両を加速する状態になったとすると、電池の充電状態が所定条件以上であるなら、アクセル・ペダルの操作量の小さい段階から電動機による補助加速を最大限に実行するように制御する。すなわち電動発電機２を電動機として制御するとともに、設定された制御マップを参照してこの電動発電機２に大きい電流を送出する。そしてこの電動発電機２の出力トルクでまかなうことのできないトルクを内燃機関２が発生するように、その内燃機関２が発生すべきトルクに対応する電気信号を内燃機関制御回路９に送出する。
【００２４】
図２に制御マップの一例として、車両の走行開始時に設定される制御動作曲線を示す。図２は横軸にアクセル・ペダルの操作量をとり、縦軸に機関出力トルクを示す。アクセル・ペダルの操作量にしたがって、このとき必要とされる出力トルクは、Ａ→Ｂ→Ｃ→Ｄのように変化する。これに対して、電池の充電状態が良い状態であるときには、図２に斜線で示す部分のトルクを電動機の出力により発生し分担補助する。そしてハイブリッド制御回路７は、内燃機関制御回路９に対して、アクセル・ペダルの操作量の信号に代えて、アクセル・ペダルの操作量に対応して図２にＡ→Ｅ→Ｆに示す信号を送出する。さらに電動機の特性上それが許容されるならば、電動機のトルク分担を大きくして、図２にＡ→Ｇ→Ｅ→Ｆとして示すように制御を行うこともできる。
【００２５】
これにより、アクセル・ペダルの操作範囲の全域にわたって内燃機関１の出力は小さく制限されて、電動発電機２による補助走行が最も有効な状態に維持される。すなわち本発明により、アクセル・ペダルの操作量にしたがって、電動機による補助走行の割合を大きくしかも確定的に制御することが可能になる。
【００２６】
電池８の充電量が小さく補助走行を実行することが不可能なときには、ハイブリッド制御回路７は補助走行モードを設定することなく、アクセル・ペダルの操作量に対応して、内燃機関制御回路９に対してＡ→Ｂ→Ｃ→Ｄのように変化する電気信号を送出する。すなわちこのときには、入力するアクセル・ペダルの操作情報をそのまま内燃機関制御回路９に伝達する。
【００２７】
上記説明は電池８の充電状態を補助走行が可能な場合と、不可能な場合との二段階に区分して説明したが、実用的には電池の充電状態に応じてこれを数段階（例、３〜４段階）に設定することがよい。すなわち各段階に対応して、それぞれ図２に示す斜線領域の幅の異なる制御マップを保持し、電池の充電状態にしたがってその制御マップを採用することにより、補助走行の割合を数段階に設定制御することができる。
【００２８】
図３は車両走行中の補助加速の制御を説明する図である。横軸に内燃機関の回転速度をとり、縦軸に車両走行に利用する出力トルクを表示する。電池の充電状態が良好な状態にあるときには、内燃機関の回転速度に対応して、図３に斜線を付して示す領域を電動機が出力するトルクにより分担するように制御することを示す。この制御マップについても電池の充電状態により、斜線を付した電動機が分担する領域を変更した数段階のマップを保持し、その時点の電池の充電状態にしたがって最適なマップを適用して制御するように構成することができる。
【００２９】
本発明の実施例装置では、車速が小さい領域、とくに車速が２０ｋｍ／ｈ以下となる領域で顕著な効果があることが確かめられた。試作車両による標準的な走行モードによる総合的な試験の結果では、燃料消費率を全体で６％程度も向上させる効果があった。
【産業上の利用可能性】
【００３０】
上記実施例では、電気回転機を電動発電機として１基のみ装備するハイブリッド自動車について説明したが、本発明はこれ以外の構成のハイブリッド自動車にも広く実施することができる。すなわち電動機と発電機とを個別の回転機として装備する形式のハイブリッド自動車についても、内燃機関による動力を電動機による動力により補助駆動する形式のハイブリッド自動車について、同様に本発明を実施し、これにより同様の効果を期待することができる。また制御マップについては、ここに例示したもの以外にも、それぞれのハイブリッド自動車の構成に対応して設計することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明実施例装置のブロック構成図。
【図２】本発明実施例装置に利用される制御マップ。
【図３】本発明実施例装置に利用される制御マップ。
【符号の説明】
【００３２】
１  内燃機関
２  電動発電機
３  クラッチ
４  変速機
５  プロペラ軸
６  インバータ
７  ハイブリッド制御回路
８  電池
９  内燃機関制御回路
１０  燃料ポンプ
１１  アクセル・ペダル
【図１】
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【図２】
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【図３】
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