(57)【要約】【課題】従来から、大型のハイブリッド自動車では、減速するときあるいは坂道を下るときなどに、ハイブリッド電池を充電する回生制動および排気通路を閉塞する排気制動を併用することができるように構成されているが、これはハイブリッド用電池に充電余裕がある場合にも、ハイブリッド用電池に充電余裕がない場合にも同一に制御されていた。これをハイブリッド用電池の充電可能状態にしたがって合理的に制御してハイブリッドによる回生エネルギを大きくする。【解決手段】運転者が操作する補助制動操作端は排気制動とハイブリッド制動について共通に一つにする。そしてこの操作端が制動状態に操作されたときには、制御系がハイブリッド用電池の充電容量を観測して、充電余裕があるときには排気制動を禁止して回生制動を優先させるように制御する。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
補助制動手段として回生制動手段および排気制動手段をともに備えたハイブリッド自動車において、
その走行中に運転者が操作する補助制動操作端を回生制動および排気制動について共通に設け、
その操作端から補助制動が入力されたときその時点で計測される主電池の充電可能余裕量にしたがって
（ａ）回生制動のみ、
（ｂ）回生制動および排気制動の併用、
（ｃ）排気制動のみ、
の順に優先的に補助制動を有効化させる制御手段を設けたことを特徴とするハイブリッド自動車。
【請求項２】
前記（ｂ）回生制動および排気制動の併用の状態から（ｃ）排気制動のみに変更する際には、いったん他のモードに転換し、その後に（ｃ）排気制動のみに変更する手段を含む請求項１記載のハイブリッド自動車。
【請求項３】
車軸を駆動する内燃機関と、その内燃機関の排気通路を一部閉塞することにより車両を減速させる排気制動手段とを備え、さらに前記車両にそれぞれ補助駆動力および補助制動力を与える電動機および発電機と、その車両に搭載された電池と、その電池の充電状態を監視する充電状態監視手段と、前記電動機に前記電池から駆動電流を供給する駆動モードもしくは前記発電機が発生する電流を充電電流として前記電池に供給する制動モードをそれぞれ設定制御するハイブリッド制御手段とを備えたハイブリッド自動車において、
運転者により操作され前記排気制動手段の有効化および前記制動モードの有効化を一つの操作端により制御する補助制動操作端を設け、
車両の走行中にこの補助制動操作端が制動状態に操作されたときには、前記電池の充電状態監視手段の出力にしたがって、前記発電機が発生する制動力を前記排気制動手段が発生する制動力より優先させる制御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４】
前記電動機および発電機はひとつの回転機およびその回転機の巻線に電流を供給する制御回路を含み、その制御回路の制御モードに応じて前記回転機を電動機または発電機として作用させる制御手段を備えた請求項３記載のハイブリッド自動車。
【請求項５】
前記補助制動操作端は、その補助制動により発生する制動力を加減制御する手段を含む請求項３または４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、内燃機関動力と電気動力を併用するハイブリッド自動車の補助制動装置に関する。本発明は、走行中の減速または下り坂の走行などで利用する補助制動のうち、内燃機関の排気通路を一部閉塞することにより制動力を得る排気制動と、電気回転機を発電モードに制御して走行エネルギを電気エネルギに変換し、発生する電力を電池に回生させる回生制動との組み合わせ制御に関する。本発明は運転操作の単純化および制動により発生するエネルギの有効利用に関する。
【背景技術】
【０００２】
ハイブリッド自動車には、その回転軸を車軸と連結することができる内燃機関、発電機および電動機が搭載されている。車両を駆動加速するときには内燃機関が発生する動力とともに、電動機が発生する駆動力を補助的に利用することができる。また車両が制動状態になったときには、内燃機関による制動（エンジン・ブレーキ）と発電機による制動（電気ブレーキ）とを同時に利用することができる。発電機による制動が行われたときには、その発電機により生じた電気エネルギを電池に回生充電し、車両が加速するときにその電池から電気エネルギを取出して上記電動機を駆動するように構成して、制動により発生するエネルギを有効に利用することができる。また発電機および電動機を一つのハードウエア、すなわち電動発電機として車両に搭載し、その動作モードにしたがって発電機（すなわち制動装置）または電動機（すなわち加速装置）として利用する形態も広く知られている。本願出願人が製造販売するハイブリッド自動車は原則的にこの形態になっている。
【０００３】
内燃機関による制動（いわゆるエンジン・ブレーキ）は、アクセル・ペダルを開放する、あるいは変速機をシフトダウンするなどにより操作設定することができる。中型または大型の車両では、さらに内燃機関の排気通路に開閉弁を設けて、この開閉弁を閉塞状態に操作制御することにより、内燃機関による制動の効果を高めることができる。本願出願人が製造し販売する中型または大型の車両では、運転席操舵輪の下側に補助制動用の操作レバーが設けられ、運転者がこの操作レバーを操作することにより、上記排気通路の開閉弁を開閉制御することができる。さらに出願人が製造販売するハイブリッド自動車では、この操作レバーを制動状態、すなわち排気通路の開閉弁を閉状態に操作することにより、これに連動して車軸に連結して駆動される電動発電機が発電機として作用し、その電動発電機から発生される電流が直流電流に変換されて、ハイブリッド用電池に充電電流として回生供給される構成になっている。ハイブリッド用電池がフル充電状態になったときには、この充電電流は遮断される、あるいはこの充電電流は別に設けた抵抗器に接続されて放熱される。
【０００４】
【特許文献１】特許第３１６３３４９号（日野自動車）
【非特許文献１】大越、宮崎他「鉛蓄電池状態検知技術の開発」新神戸テクニカルレポートNo.１４  ２００４年１２月発行、７〜１２頁
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記のように従来例構造では、補助制動用の操作レバーを制動状態に操作すると、排気通路の開閉弁が閉状態に制御され、同時に連動して、ハイブリッド自動車の電動発電機の発電モード（または発電機）が有効に設定される。これはハイブリッド用電池に充電されている電気量の大きさにかかわらず、操作レバーの操作に連動して排気通路の開閉弁は閉状態に制御されるように構成されている。これはハイブリッド用電池の充電量が小さい状態にあるときには充電余裕があり、ハイブリッド自動車の発電モードで発電され電池に回生充電することが可能なエネルギの一部が、排気通路が閉塞されることにより内燃機関から、いわゆるエンジン・ブレーキとして発生する熱として失われていることになる。
【０００６】
本発明はこの排気通路の閉塞により内燃機関から失われているエネルギをさらに小さくし、有効に回生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、運転操作により排気制動または回生制動が操作されたときに、制動により発生するエネルギを可能な限り有効に回生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、補助制動用の操作端を増設することなく、運転者が操作する操作端を一つにしたまま、合理的に補助制動により失うエネルギを最小限にとどめて、有効に回生制動を行う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効率（単位燃料容量当たりの走行可能距離、例、キロメートル／リットル）をさらに高くすることを目的とする。
【０００７】
ここで、ハイブリッド用電池の充電容量がほぼ最大定格に近づくと、充電電流が自動的に制限されもしくは遮断されるように制御する手段が知られているが、本発明の構成および制御はこれとは異なる。この充電電流を自動的に制限もしくは遮断するための制御は、ハイブリッド用電池が過充電されることを防止するための安全制御の一つであるとともに、このときにはハイブリッド用電池に充電余裕がなく回生することは原理的に不可能であるから、かりに制動により発生するエネルギの一部が失われることがあってもこれはやむを得ない。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、運転者が操作する補助ブレーキの操作端の信号を回生制動と排気通路を閉塞させる制御弁の制御とを単純に並列的に接続するのではなく、補助ブレーキ操作端の制御信号をハイブリッド制御系に優先的に取込み、ハイブリッド制御系で回生制動が可能なかぎり回生制動を実行し、回生制動の能力を越える制動についてはじめて排気ブレーキを有効に制御するように構成するものである。
【０００９】
すなわち本発明は、補助制動手段として（車軸の回転により駆動される発電機から発生する電流を電池に充電する）回生制動手段および（内燃機関の排気通路を一部閉塞する）排気制動手段をともに備えたハイブリッド自動車において、その走行中に運転者が操作する補助制動操作端を回生制動および排気制動について共通に設け、その操作端から補助制動が入力されたとき、その時点で計測される主電池の充電可能余裕量（空腹程度）および必要な制動量にしたがって
（ａ）回生制動のみ、
（ｂ）回生制動および排気制動の併用、
（ｃ）排気制動のみ、
の順に優先的に補助制動を有効化させる（電子回路による）制御手段を設けたことを特徴とする。
【００１０】
前記（ｂ）回生制動および排気制動の併用の状態から（ｃ）排気制動のみに変更する際には、いったん他のモードに転換し、その後に（ｃ）排気制動のみに変更する手段を含む構成とすることができる。
【００１１】
本発明は、車軸を駆動する内燃機関と、その内燃機関の排気通路を一部閉塞することにより車両を減速させる排気制動手段とを備え、さらに前記車両にそれぞれ補助駆動力および補助制動力を与える電動機および発電機と、その車両に搭載された電池と、その電池の充電状態を監視する充電状態監視手段と、前記電動機に前記電池から駆動電流を供給する駆動モードもしくは前記発電機が発生する電流を充電電流として前記電池に供給する制動モードをそれぞれ設定制御するハイブリッド制御手段とを備えたハイブリッド自動車において、運転者により操作され前記排気制動手段の有効化および前記制動モードの有効化を一つの操作端により制御する補助制動操作端を設け、車両の走行中にこの補助制動操作端が制動状態に操作されたときには、前記電池の充電状態監視手段の出力にしたがって、その電池が充電可能な状態にあるときには前記発電機が発生する制動力を前記排気制動手段が発生する制動力より優先させる制御手段を備えたことを特徴とする。
【００１２】
前記電動機および発電機は電動発電機としてひとつのハードウエアとしての回転機およびその回転機の巻線に電流を供給する制御回路を含み、その制御回路の制御モードに応じて前記回転機を電動機または発電機として作用させる制御手段を備えた構成とすることができる。
【００１３】
前記補助制動操作端は、その補助制動により発生する制動力を段階的もしくは連続的に加減制御する手段を含む構成とすることができる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明により、ハイブリッド走行用の電池に充電余裕があるときには、運転者により補助制動レバーが制動側に操作されても、直ちに排気通路を閉塞して排気ブレーキを有効にするのではなく、電気制動の状態にして、発生するエネルギを電池を充電するために利用することができる。これにより、従来排気制動により失っていたエネルギをハイブリッド走行用電池を充電するために利用することができるから、車両運行に伴う燃料効率をさらに高くすることができる。本発明は、補助制動用の操作端を増設することなく、運転者が操作する操作端を一つにしたまま、合理的に補助制動により失うエネルギを最小限にとどめて、有効に回生制動を行うことができる装置を提供することができる。これにより運転操作が複雑になることはない。本発明は、ハイブリッド自動車の燃料効率（単位燃料容量当たりの走行可能距離、例、キロメートル／リットル）をさらに高くすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
図１は本発明実施例装置の機関まわりの機能を説明するためのブロック構成図である。内燃機関１はディーゼル・エンジンであり、その出力軸は電動発電機３の回転軸に直結されている。その回転軸はクラッチ４を介して変速機２の入力軸に連結されている。変速機２の出力側の駆動軸５は、プロペラ軸、減速歯車、差動歯車などを介して駆動車軸に連結される。これらの構造はよく知られているとともに、本発明の構成に直接関係がないので図示を省略する。
【００１６】
この電動発電機３は界磁巻線である固定子巻線にインバータ７から三相交流を供給する構成になっている。インバータ７の直流側端子には電池６が接続されている。電池６は大容量高電圧の電池であり、この実施例では多数のセルおよびユニットが直列接続され、一例として全体の定格端子電圧は３５０Ｖである。インバータ７は、この電池６から供給される直流を三相交流に変換して電動発電機３に供給し、あるいは電動発電機３から供給される三相交流を直流に変換して電池６に供給する。すなわち電気エネルギを直流から交流に、あるいは交流から直流に変換して供給する。インバータ７は複数の半導体スイッチ素子の組み合わせにより構成され、直流端子と交流端子との間に制御にしたがって双方向に電気エネルギを伝達することができる。インバータ７のスイッチング周波数、すなわち発生する三相交流の周波数あるいは位相回転速度は、ハイブリッド制御回路１６によりインターフエイス１５を介して制御される。ハイブリッド制御回路１６の要部はプログラム制御回路により構成される。これらの電気装置あるいは電気回路の構成はよく知られているのでさらに詳しい説明はここでは省略する。
【００１７】
この構造のハイブリッド動力装置は、運転者がアクセル・ペダル１４を踏み込むと、ハイブリッド制御回路１６が、インバータ７から供給する三相交流により電動発電機３の内部に発生する位相回転速度を電動発電機３の機械的な回転速度より大きくなるように制御し、これにより電動発電機３は駆動モードに設定される。このとき電動発電機３は電動機として作用し、駆動軸５に回転駆動力を供給して、内燃機関１の駆動力を助けて車軸を回転駆動する。車両が減速されるときには、運転者がアクセル・ペダル１４を開放することにより、内燃機関１がエンジン・ブレーキの状態になる。同時にハイブリッド制御回路１６は、電動発電機３を発電機として制動モードに設定し、駆動軸５の回転すなわち車軸の回転を制動することができる。電動発電機３は電動機として駆動モードで動作するときには電池６から電気エネルギが供給され、発電機として制動モードで動作するときには電池６に電気エネルギを回生供給する。これに応じて電池６は放電または充電を繰り返す。
【００１８】
ハイブリッド用の電池６は多数のセルの直列接続により構成され、その端子電圧は上記のように高電圧（例、３５０Ｖ）である。この高電圧をこの車両に装備された照明灯その他の一般の電気機器に直接に供給することはできないから、ＤＣ−ＤＣ変換回路１８を設けて、電池６の出力電圧を通常の車載電気機器の端子電圧に相当する直流２４Ｖ（または１２Ｖ）に変換する。このＤＣ−ＤＣ変換回路１８の出力端子に接続される装置については、この図面では記載を省略する。
【００１９】
さらにこの装置には内燃機関１の排気通路に排気制動弁８が設けられている。この排気制動弁８は駆動電動機９により開閉制御される。この排気制動弁８は通常の走行時には「開」の状態にあり内燃機関１の排気を外気に排出する。この排気制動弁８が「閉」の状態になると、排気の流出が制限されて内燃機関１の回転速度が低下し、内燃機関1は車速を低下させるように、すなわち車両を制動状態（エンジン・ブレーキの状態）にする。従来例装置では、排気制動弁８の開閉は運転者により操作される補助制動操作端１０の操作に連動するように構成されるとともに、その補助制動操作端１０の操作状態がインターフエイス１５を介してハイブリッド制御回路１６にも取込まれるようになっていた。この排気制動弁８の駆動電流は上記ＤＣ−ＤＣ変換回路１８の出力から得られる。
【００２０】
ここで本発明の特徴とするところは、車両の走行中に運転者により補助制動操作端１０が「制動」状態に操作されたときの制御にある。すなわち従来例装置のように、補助制動操作端１０の操作出力により直ちに駆動電動機９を制御して排気制動弁８を「閉」状態に制御するのではなく、この操作出力をいったんハイブリッド制御回路１６に取込み、このハイブリッド制御回路１６の制御により排気制動弁８を制御するように構成したところにある。
【００２１】
図４にこのハイブリッド制御回路１６の制動弁制御に係る制御をフローチャートにより説明する。車両が下り坂走行あるいは減速などによりハイブリッド制御が回生モードになったとき、運転者により補助制動操作端１０が「ＯＮ」に操作されると、ハイブリッド制御回路１６は電池充電容量（ＳＯＣ, State of Charge, フル充電状態に対するパーセント表示）を検出する。これは電池電圧検出装置１７および電池電流検出器１９からの信号を取込み、ハイブリッド制御回路１６に設定されている演算を実行することにより行われる。電池６の充電容量が所定値Ｘ％未満であるときには、排気制動を「断」すなわち無効状態に設定し、回転速度に対して発生する回生トルク、すなわち電動発電機３による発電量が大きくなるように制御する。電池６の充電容量が所定値Ｘ％以上であるときには、排気制動を同様にいったん「断」に設定し、回生トルクが大きい状態からしだいに絞ってゆくように制御する。これを図５にＡマップによる制御として示す。
【００２２】
さらに補助制動操作端１０が「ＯＦＦ」に操作設定されているときには、電池６の充電容量が所定値Ｙ％未満であるか、Ｙ％以上であるかにより回生制動の大きさを制御する。ここにＹ＞Ｘである。これを図５に示すＢマップによる制御とする。
【００２３】
図５をさらに詳しく説明すると、これはこの制御の特性図である。図５は横軸に電池６の充電容量をとり、縦軸に回生トルクの大きさを示す。すなわち充電容量が大きくなり、充電容量満杯（１００％）に近付くにしたがって回生トルク、つまり発電エネルギを小さくしてゆくように制御する様子を示す。この例ではＡマップまたはＢマップの二種類のマップを設定しておき、回生開始の時点における電池６の充電容量がＸ％より小さいか大きいかによりこの一方を採用するようにした。充電容量がＸ％より小さい、すなわち電池が空腹状態のときには、Ａマップにしたがって回生トルクを大きく、つまり充電電流を大きく制御する。電池の充電容量が比較的大きいときには、Ｂマップにしたがって回生トルクを小さく、つまり充電電流を小さく制御する。それぞれ充電容量がＸ％またはＹ％に達した後は、回生トルクを充電容量の増大にしたがって小さく絞り、あらかじめ設定された充電容量Ｚ％の点で回生トルクを零にする。この充電容量Ｚ％の点は充電容量１００％の点より僅かに低く設定する。この制御特性の具体的な数値、Ａ，Ｂ，Ｘ，Ｙ等はそれぞれ電池６の個々の仕様または特性にしたがって選定される。
【００２４】
図６に回生トルクの発電機（電動発電機）回転速度に対する特性を例示する。上記説明のＡマップを採用するかＢマップを採用するかにしたがって、回生トルクはそれぞれ図示するような特性になる。Ａマップは排気制動をオフにしたとき、Ｂマップは排気制動をオンにしたときに相当する。図６のトルクＴoは排気制動の吸収トルクに相当するトルクを表すことになる。このように本発明の制御にしたがえば、排気制動を利用しないＡマップによる制御の方が大きい回生トルクを得ることができる。すなわち本発明により電池に回生するエネルギを大きくすることができる。
【００２５】
なお上記充電容量その他は、原理的な説明を分かりやすくするためにＸ，Ｙ，Ｚなど記号により表示したが、本願発明者は上記［非特許文献１］に説明されている技術を利用して具体的な数値を決定した。それぞれの性質の異なる電池について本発明を実施する場合には、充電容量の検知その他について上記［非特許文献１］に記載された記述を参考にして実施することができる。
【産業上の利用可能性】
【００２６】
上記説明は内燃機関の回転軸と電動発電機の回転軸とが直結された形態のハイブリッド自動車について説明したが、この原理は他の形態のハイブリッド自動車についても同様に実施することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明実施例ハイブリッド自動車のブロック構成図。
【図２】補助制動操作端出力を内燃機関制御回路およびハイブリッド制御回路に取込む従来形態を示す図。
【図３】本発明実施例の補助制動操作端出力を内燃機関制御回路およびハイブリッド制御回路に取込む形態を示す図。
【図４】本発明実施例ハイブリッド自動車の制動制御を説明する要部フローチャート。
【図５】本発明実施例装置の電池充電状態に対する回生トルクを説明する図。
【図６】本発明実施例ハイブリッド自動車の機関回転速度に対する回生トルクを説明する図。
【符号の説明】
【００２８】
１    内燃機関
２    変速機
３    電動発電機
４    クラッチ
５    駆動軸
６    電池
７    インバータ
８    排気制動弁
９    駆動電動機
１０    補助制動操作端
１１    燃料ポンプ
１２    制御装置（内燃機関ガバナ）
１３    内燃機関制御回路
１４    アクセル・ペダル
１５    インターフエイス
１６    ハイブリッド制御回路
１７    電池電圧検出装置
１８    ＤＣ−ＤＣ変換回路
１９    電池電流検出器
２０    内燃機関回転検出器
２１    変速機位置検出器
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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