JP2017065617A - 車両制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ハイブリッド車両において、下降路の標高差に加えて、下降路における減速度を考慮した回生制御を実現する。
【解決手段】車両制御装置は、エンジン、モータおよびモータに電力を供給する二次電池を備え、エンジンが発生させる起電力およびモータの回生制御により二次電池を充電可能なハイブリッド車両に搭載される。予測部は、自車両の走行経路を予測する。下降路検出部は下降路を検出する。連結路検出部は連結路を検出する。目標設定部は、二次電池の目標充電率を設定する。目標設定部は、下降路の標高差が所定の閾値よりも大きいとき、目標充電率を低下させる。下降路において連結路も検出されたときには、標高差が上記閾値よりも小さいときにも、目標充電率を低下させる。
【選択図】図４

Description

本発明は、ハイブリッド車両の回生制御技術に関する。

ハイブリッド車両は、エンジンとモータの２種類の駆動力を有する。モータはバッテリー（二次電池）の電気エネルギーを駆動力に変換する。エンジンは駆動力を提供するだけでなく、バッテリーを充電することもできる。更に、車両が下降傾斜する路面（以下、単に「下降路」とよぶ）を走るときには、車軸の回転をモータに伝え、モータの起電力によりバッテリーを充電することもできる。このような充電方法を「回生」とよぶ。回生は、従来は摩擦ブレーキやエンジンブレーキにより熱エネルギーとして費消されていたエネルギーを電気エネルギーとして回収できるため、積極的に利用すべきである。

ただし、バッテリーの充電率（ＳＯＣ：State of Charge）の大きな変化は二次電池を劣化させてしまう。このため、通常、ＳＯＣには下限値と上限値を設定し、ＳＯＣが上限値から下限値の範囲（以下、「許容範囲」とよぶ）に収まるように充放電制御する。

特許文献１では、走行先に下降路があるときには、下降路に入る前にＳＯＣを下限値付近まで減らしている。あらかじめＳＯＣを下げることで、下降路の回生によってＳＯＣが上限値に達しにくくなり、回生による充電効果（以下、単に「回生効果」とよぶ）をしっかりと享受できる。特許文献１では、充分に大きな標高差のある大きな下降路のとき、いいかえれば、充分な回生効果を見込める大きな下降路があるときに限り、目標充電率を下げている。

特開２００５−１６０２６９号公報

本発明者は、下降路における減速度が大きいときにも回生効果が高くなることに着目している。ブレーキを使って短時間に減速させる場合には、たとえ標高差の小さな下降路であっても回生による充電を期待できる。

本発明は、上記課題認識に基づいて完成された発明であり、その主たる目的は、ハイブリッド車両において、下降路の標高差に加えて、下降路における減速度を考慮した回生制御を実現することにある。

上記課題を解決するために、本発明のある態様の車両制御装置は、エンジン、モータおよび前記モータに電力を供給する二次電池を備え、前記エンジンが発生させる起電力および前記モータの回生制御により前記二次電池を充電可能なハイブリッド車両に搭載され、自車両の走行経路を予測する予測部と、前記予測された走行経路において、自車両の進行方向に下降路を検出する下降路検出部と、前記予測された走行経路において、自車両の進行方向に連結路を検出する連結路検出部と、前記二次電池の目標充電率を設定する目標設定部と、を備える。
前記目標設定部は、前記下降路の標高差が所定の閾値よりも大きいとき、前記下降路の開始地点よりも手前の地点において前記目標充電率を通常時の目標充電率よりも小さい値に設定変更し、前記下降路において前記連結路も検出されたときには、前記標高差が前記所定の閾値よりも小さいときにも、前記目標充電率を通常時の目標充電率よりも小さい値に設定変更する。

本発明によれば、減速度が大きくなる下降路において、回生による充電効率を高めやすくなる。

下降路の回生制御方法を説明するための模式図である。 本線と連結路の関係を示す模式図である。 車両制御システムの機能ブロック図である。 回生制御処理を示すフローチャートである。 連結路判定処理のフローチャートである。

図１は、下降路の回生制御方法を説明するための模式図である。
車両１００は、区間０を走行中であるとする。区間０〜２は平坦路であり、区間３〜５までは下降路、区間６以降は再び平坦路であるとする。図１の上段は、車両１００が予定する走行経路の高低（海抜）を示す。図１の下段は、ＳＯＣ（バッテリーの充電率）の変化を示す。ＳＯＣは０％が最低値であり、１００％が最大値である。ＳＯＣには許容範囲が設定される。許容範囲は下限値ＣＤ〜上限値ＣＵの範囲であり、具体的には、下限値ＣＤ＝４０％、上限値ＣＵ＝６０％程度が想定される。

この許容範囲内に目標充電率が設定される。通常、目標充電率は下限値ＣＤと上限値ＣＵの平均値、おおむね、５０％程度に設定される。以下、通常時の目標充電率を「基本目標充電率」とよぶ。走行路は、上述のように複数の区間に分割される。カーナビゲーションシステムにおいては、走行路は複数のリンクとよばれる区間に分割管理されており、リンクごとにリンク種別が設定される。リンク種別については後に詳述する。以下、区間のことを「リンク」とよぶ。以下、目標充電率を基本目標充電率に固定する場合と、可変とする場合のそれぞれについての回生制御方法を説明する。

（１）目標充電率を固定する場合
目標充電率は下限値ＣＤと上限値ＣＵの平均値ＣＭに対応する基本目標充電率に固定されるとする。このときのＳＯＣの変化を示すのがＳＯＣ−Ｐ１である。平坦路であるリンク０〜２においてＳＯＣ−Ｐ１は基本目標充電率ＣＭ近辺に保たれるように充放電制御される。車両１００がリンク３（下降路）に進入すると、下降路の回生効果によりＳＯＣ−Ｐ１は上昇する。図１の場合、車両１００がリンク４を走行中の時刻ｔ２において、ＳＯＣ−Ｐ１は早くも上限値ＣＵに達している。このため、時刻ｔ２以降は下降路の回生効果を享受できていない。このような状態のことを「オーバーフロー」とよぶことにする。オーバーフロー時には、ＳＯＣ−Ｐ１が上限値ＣＵを超えないように強制放電される。車両１００が平坦路（リンク６以降）に入ると、十分に蓄積された電気エネルギーでモータを駆動することで、ＳＯＣ−Ｐ１は基本目標充電率ＣＭ付近に戻される。

（２）目標充電率を可変とする場合
当初においては、目標充電率は下限値ＣＤと上限値ＣＵの平均値ＣＭに対応する基本目標充電率に固定される。本方法では、オーバーフローを抑制するため、下降路の起点（図１の場合、リンク２とリンク３の境界点）よりも所定距離だけ手前の地点（図１の場合、リンク０とリンク１の境界点）において、目標充電率を下限値ＣＤと上限値ＣＵの平均値ＣＭから、下限値ＣＤに下げている。下限値ＣＤにまで一時的に低下したときの目標充電率のことを「特殊目標充電率」とよぶことにする。本方法においては、下降路の終点（図１の場合、リンク５とリンク６の境界点）において目標充電率は特殊目標充電率から基本目標充電率に戻される。本方法におけるＳＯＣの変化を示すのがＳＯＣ−Ｐ２である。

本方法においては、カーナビゲーションシステムは車両１００が走行中のリンク０だけでなく、その先にあるリンク１〜ｎまでのリンク情報も取得しておく。すなわち、車両１００がリンク０を走行しているとき、その先のリンク３〜５に下降路が存在することを認識できる。そして、下降路に進入する前に、目標充電率を基本目標充電率ＣＭから特殊目標充電率（下限値ＣＤ）に下げる。図１の場合、リンク０とリンク１の境界点を通過する時刻ｔ１において、目標充電率が変更される。

時刻ｔ１で目標充電率が低下するため、時刻ｔ１以後、電気エネルギーが積極的に使用されＳＯＣ−Ｐ２は下限値ＣＤ付近まで下げられる。このため下降路に入る手前においてエンジンの使用が抑制されるため、燃料が節約される。

車両１００が下降路（リンク３〜５）に入るとＳＯＣ−Ｐ２は回生効果によって上昇する。下降路に入る前にＳＯＣ−Ｐ２を十分に低下させていたため、車両１００が平坦路（リンク６以降）に入るときにもオーバーフローが生じていない。すなわち、本方法によれば回生効果を十分に享受できる。車両１００が平坦路（リンク６以降）に入ると、目標充電率は基本目標充電率ＣＭに戻され、十分に蓄積された電気エネルギーでモータを駆動することで、ＳＯＣ−Ｐ１は基本目標充電率ＣＭ付近に戻される。

方法（２）のように下降路の存在を先読みすることで、回生効果を十分に享受できる。ただし、下降路の標高差が小さいときには、大きな回生効果を期待できないため、特殊目標充電率への変更は行わない。したがって、カーナビゲーションシステムの情報から、走行路の先に下降路があるかどうかだけではなく、その下降路に充分な標高差があるかどうかも読み取る必要がある。下降路の標高差が所定の閾値よりも大きいとき、いいかえれば、充分な回生効果を期待できる大きな下降路があるときには、目標充電率を特殊目標充電率に低下させればよい。

図２は、本線１０４と連結路１０２の関係を示す模式図である。
カーナビゲーションシステムは、車両１００が走行中の区間であるリンク０だけでなく、その先にあるリンク１〜ｎ（ｎは２以上の自然数）についてのリンク種別を保有している。リンク種別は、リンクが本線１０４か、連結路１０２か、ロータリーか、といった道路の種別を類型化した情報である。連結路１０２とは、本線１０４から枝分かれする道路のことであり、高速道路のジャンクションも該当する。また、カーナビゲーションシステムの地図情報には、リンクごとにその長さや傾斜の大きさ（標高差）についての情報も含まれている。

進行方向に連結路１０２が存在する場合、車両１００は大きく減速する可能性が高い。これは、本線１０４から連結路１０２に出て行く車両が減速するため、それに応じて自車両も減速する可能性が高いためである。したがって、下降路において連結路１０２が存在するときには、たとえ下降路の標高差が小さくても減速にともなう大きな回生効果を期待できる。本実施形態においては、下降路だけでなく連結路１０２の有無を考慮して回生制御を実行する。

図３は、車両制御システム１０６の機能ブロック図である。
車両制御システム１０６の各構成要素は、任意のコンピュータのＣＰＵ、メモリ、メモリにロードされた本図の構成要素を実現するプログラム、そのプログラムを格納するハードディスクなどの記憶ユニット、ネットワーク接続用インタフェースを中心にハードウェアとソフトウェアの任意の組み合わせによって実現される。そして、その実現方法、装置にはいろいろな変形例があることは、当業者には理解されるところである。以下説明する各図は、ハードウェア単位の構成ではなく、機能単位のブロックを示している。

車両制御システム１０６は、車両制御装置１２８、センサユニット１０８、カーナビゲーションシステム１１０、エンジン１２０、モータ１２２、バッテリー制御部１２４およびバッテリー１２６を含む。センサユニット１０８は、外部環境や自車の走行軌道に関する情報を収集する。センサユニット１０８は、操舵角センサ、ヨーレートセンサ、車輪パルスセンサ、レーダー、方向指示器等を含んでもよい。

カーナビゲーションシステム１１０は、データベースの地図情報とＧＰＳ（Global Positioning System）から得られる位置情報を比較することにより走行中のリンクを特定する。カーナビゲーションシステム１１０のデータベースにおいては、リンクごとにリンク種別等の各種情報が対応づけられている。また、地図情報に含まれる勾配データから、リンクの傾斜の大きさを取得できる。

バッテリー１２６は、リチウムイオン二次電池（蓄電池）である。バッテリー制御部１２４はエンジン１２０およびモータ１２２を制御することにより、バッテリー１２６のＳＯＣをコントロールする。車両制御装置１２８は、バッテリー制御部１２４に目標充電率を指定する。上述のように通常時の目標充電率は基本目標充電率ＣＭに設定され、必要に応じてそれよりも小さな特殊目標充電率ＣＭに設定される。
本実施形態における車両制御装置１２８の各機能ブロックは、ＥＣＵ（Electronic Control Unit）およびその上で実行されるソフトウェアプログラムにより構成される。

車両制御装置１２８は、予測部１１２、下降路検出部１１４、連結路検出部１１６および目標設定部１１８を含む。予測部１１２は、センサユニット１０８からの車速や操舵角といった情報やカーナビゲーションシステム１１０における経路設定情報から車両１００の走行経路を予測する。下降路検出部１１４および連結路検出部１１６は、走行中のリンクだけでなく、走行が予測されるリンクの情報をカーナビゲーションシステム１１０から定期的に取得（先読み）する。下降路検出部１１４は、下降路の有無およびその長さや標高差といった情報を検出する。連結路検出部１１６は、連結路の有無を検出する。目標設定部１１８は、下降路や連結路の有無に応じて、目標充電率を設定する。目標設定部１１８の目的は、下降路や連結路があるときに回生効果を高めることである。

図４は、回生制御処理を示すフローチャートである。
図４に示す処理は、一定間隔、たとえば数ミリ秒ごとに繰り返し実行されるループ処理である。

平坦路または上昇路、いいかえれば、下降路以外のリンク（以下、「通常路」とよぶ）の始点を示すＲＳ、通常路の終点を示すＲＥ、下降路の始点を示すＳＳ、下降路の終点を示すＳＥ、下降路にともなう回生制御の要否を示すフラグであるＳＦ、通常路の長さを示すＲｄ、下降路の長さを示すＳｄはいずれもゼロに初期化される（Ｓ１０）。また、リンク番号ｉには１がセットされる。現在走行中のリンク番号は０であるため、ｉ＝１は次に走行予定のリンク番号を示す。

下降路検出部１１４は、リンク番号ｉのリンク（以下、「リンク（ｉ）」のように表記する）の勾配（標高差）であるＳ（ｉ）と所定の閾値ＳＸを比較する（Ｓ１２）。ＳＸ＝０でもよい。Ｓ（ｉ）＜ＳＸのとき（Ｓ１２のＹ）、リンク（ｉ）は下降路（下り坂）である。Ｓ（ｉ）≧ＳＸのとき（Ｓ１２のＮ）、リンク（ｉ）は通常路である。

Ｓ（ｉ）＜ＳＸのときにおいて（Ｓ１２のＹ）、ＳＳ＝０であれば（Ｓ１４のＹ）、いいかえれば、リンク（ｉ）が下降路でありながら下降路の起点が初期設定値０のままであれば、ＳＳ＝ｉに設定される（Ｓ１６）。下降路の標高差を示すＨおよび下降路の長さを示すＳｄはいずれも０に設定される。ＳＳ＝０でなければ（Ｓ１４のＮ）、Ｓ１６はスキップされる。

次に、連結路検出部１１６により連結路の有無が判定される（Ｓ１８）。Ｓ１８の連結路判定については図５に関連して後に詳述する。

連結路判定処理のあと、下降路検出部１１４はＨにΔＨ（ｉ）を加算する（Ｓ２０）。ΔＨ（ｉ）は下降路であるリンク（ｉ）の標高差を示す。また、下降路検出部１１４はＳｄにΔＳｄ（ｉ）を加算する。ΔＳｄ（ｉ）は下降路であるリンク（ｉ）の長さである。通常路の長さＲｄ、通常路の起点ＲＳはともにゼロにセットされる。

下降路の標高差Ｈが所定の閾値ＨＸよりも大きいとき（Ｓ２２のＹ）、すなわち、充分に標高差の大きな下降路が前方に存在するとき、下降路検出部１１４は下降路の長さＳｄと所定の閾値ＳｄＸを比較する（Ｓ２４）。Ｓｄ＞ＳｄＸであれば（Ｓ２４のＹ）、下降路検出部１１４はフラグＳＦ＝１にセットする（Ｓ２６）。いいかえれば、充分に標高差があり、充分な長さを有する下降路があるとき、ＳＦ＝１となる。Ｈ≦ＨＸのときや（Ｓ２２のＮ）、Ｓｄ≦ＳｄＸのときは（Ｓ２４のＮ）、Ｓ２６はスキップされる。

リンク（ｉ）のチェックが完了すると、下降路検出部１１４はｉをインクリメントする（Ｓ２８）。ｉが所定数ｎ以下のとき、すなわち、リンク（ｎ）までのチェックが完了していないときには（Ｓ３０のＮ）、処理はＳ１２に戻り、次のリンクのチェックが行われる。

ｉ＞ｎのときであって（Ｓ３０のＹ）、ＳＦ＝１かつＳＥ＝０のとき、すなわち、充分に大きな下降路が存在し、かつ、下降路の終点であるＳＥが初期設定値０のままであるとき（Ｓ３２のＹ）、ＳＥ＝ｉ−１（＝ｎ）がセットされる（Ｓ３４）。ＳＥ＝０とは、先読みした複数のリンクにおいて下降路の終点が検出されなかったときを意味する。「ＳＦ＝１かつＳＥ＝０」という条件が成立していないとき（Ｓ３２のＮ）、Ｓ３４はスキップされる。

一方、Ｓ（ｉ）＜ＳＸではないとき（Ｓ１２のＮ）、すなわち、リンク（ｉ）が通常路のとき、処理はＳ３６に移行する。通常路の始点ＲＳが初期設定値０のままのとき（Ｓ３６のＹ）、下降路検出部１１４はＲＳ＝ｉをセットする（Ｓ３８）。ＲＳ＝０でなければ（Ｓ３６のＮ）、Ｓ３８はスキップされる。

下降路検出部１１４は、通常路の長さＲｄにΔＲｄ（ｉ）を加算する（Ｓ４０）。ΔＲｄ（ｉ）は通常路であるリンク（ｉ）の長さである。Ｒｄが所定の閾値ＲＸ以下であれば（Ｓ４２のＮ）、すなわち、通常路が短いときにはこれを下降路の一部と見なして連結路判定を行う（Ｓ４４）。Ｓ４４の連結路判定とＳ１８の連結路判定は同一内容の処理である。連結路判定後、処理はＳ２２に移行する。

Ｒｄ＞ＲＸのとき（Ｓ４２のＹ）、すなわち、充分に長い通常路が検出され、かつ、すでにフラグＳＦ＝１にセットされているときには（Ｓ４６のＹ）、下降路の終点ＳＥにＲＳ−１がセットされる（Ｓ４８）。ＳＦ＝０のときには（Ｓ４６のＮ）、下降路の始点ＳＳにゼロがセット（初期化）される（Ｓ５０）。

まとめると、リンク（０）を走行中において、予測部１１２はカーナビゲーションシステム１１０の経路情報から走行予定路を構成するリンク（１）〜リンク（ｎ）を特定する。下降路検出部１１４は、リンク（１）〜リンク（ｎ）のそれぞれについて下降路か通常路であるかを判定する。下降路があるときには、その下降路の長さや標高差をチェックし、充分に大きな下降路が見つかるとＳＦ＝１にセットする。ＳＦ＝１となったあと、充分に長い通常路が検出されたときには、以後の先読み処理は行わない。ＳＦ＝１となったあと、充分に長い通常路が検出されなかったときには、リンク（ｎ）まで下降路が継続していると判定する。

図５は、連結路判定処理のフローチャートである。
図４のＳ１８およびＳ４４に対応する。連結路検出部１１６は、リンク種別を参照しリンク（ｉ）に連結路があるか否かを判定する（Ｓ６０）。通常、ＨＸ＝Ｈにセットされている。しかし、連結路があれば（Ｓ６０のＹ）、ＨＸを通常時の閾値Ｈよりも小さい閾値Ｌにセットする（Ｓ６２）。連結路がなければ（Ｓ６０のＮ）、Ｓ６２はスキップされる。

すなわち、下降路において連結路も検出されたときには、図４のＳ２２において標高差Ｈと比較される閾値ＨＸが通常時の閾値Ｈからより小さな閾値Ｌに設定される。このため、標高差の小さな下降路であっても連結路があるときにはＳＦ＝１にセットされやすくなる。

図４（図５）に示した処理は繰り返し実行される。図４（図５）のループ処理が完了すると、あるいは、図４（図５）の処理とは別スレッドにて、目標設定部１１８は目標充電率の設定を行う。ＳＦ＝１にセットされると、目標設定部１１８は目標充電率を基本目標充電率ＣＭよりも低い特殊目標充電率ＣＤに設定する。すなわち、下降路に車両１００が実際に進入する手前地点で目標充電率が下げられるため、バッテリー制御部１２４はモータ１２２を積極的に駆動してＳＯＣを低下させる。目標設定部１１８は、ＳＦ＝１を検出すると直ちに目標充電率を特殊目標充電率ＣＤに設定変更してもよいし、車両１００が下降路の開始地点よりも所定距離だけ手前に到達してから設定変更してもよい。
車両１００が下降路の終点を通過すると、目標設定部１１８は目標充電率を基本目標充電率ＣＭに戻す。このとき、連結路検出部１１６はＨＸ＝Ｈにセットし直してもよい。

以上、実施形態に基づいて車両制御システム１０６の処理過程を説明した。
車両制御装置１２８は、車両１００の走行予定路に充分に大きな下降路が存在するときには、目標充電率を低下させることで下降路の回生効果を充分に享受できるように準備する。また、下降路が小さいときでもその下降路に連結路が存在するときには、同じく目標充電率を低下させる。減速が予定される下降路においては、小さな下降路であっても充分に回生効果を期待できるためである。

以上、本発明を実施の形態をもとに説明した。実施の形態は例示であり、それらの各構成要素や各処理プロセスの組合せにいろいろな変形例が可能なこと、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは当業者に理解されるところである。

本実施形態においては、連結路の有無を対象として説明したが、料金所や事故現場など車速を低下させる要因が前方に存在するときにも、閾値ＨＸをより小さな閾値Ｌに設定することにより、目標充電率が低下しやすい設定にしてもよい。

１００ 車両、 １０２ 連結路、 １０４ 本線、 １０６ 車両制御システム、 １０８ センサユニット、 １１０ カーナビゲーションシステム、 １１２ 予測部、 １１４ 下降路検出部、 １１６ 連結路検出部、 １１８ 目標設定部、 １２０ エンジン、 １２２ モータ、 １２４ バッテリー制御部、 １２６ バッテリー、 １２８ 車両制御装置、 ＣＤ 下限値、 ＣＵ 上限値。

Claims (1)

1. エンジン、モータおよび前記モータに電力を供給する二次電池を備え、前記エンジンが発生させる起電力および前記モータの回生制御により前記二次電池を充電可能なハイブリッド車両に搭載され、
   自車両の走行経路を予測する予測部と、
   前記予測された走行経路において、自車両の進行方向に下降路を検出する下降路検出部と、
   前記予測された走行経路において、自車両の進行方向に連結路を検出する連結路検出部と、
   前記二次電池の目標充電率を設定する目標設定部と、を備え、
   前記目標設定部は、前記下降路の標高差が所定の閾値よりも大きいとき、前記下降路の開始地点よりも手前の地点において前記目標充電率を通常時の目標充電率よりも小さい値に設定変更し、
   前記下降路において前記連結路も検出されたときには、前記標高差が前記所定の閾値よりも小さいときにも、前記目標充電率を通常時の目標充電率よりも小さい値に設定変更することを特徴とする車両制御装置。

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