JP4023445B2 - ハイブリッド車両の制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関と電動機とを駆動力源に用いるハイブリッド車両の制御装置に関するものである。

エンジン（内燃機関）とモータ（電動機）とを駆動力源に用いるハイブリッド車両では、発進時にはモータを駆動力源として用い、車速がある程度上昇すると、モータを停止させてエンジンを駆動力源に切り替えたり、またはエンジンおよびモータを併用したハイブリッド駆動に切り替える。これは、発進時を含むエンジンの低回転領域ではエンジンの消費燃料に対する出力トルクの効率（以下「エンジン効率」という。）が低いからである。

一方、エンジン効率の良好な回転領域で、駆動に必要なトルク出力以上のトルクを出力させ、余剰のトルクで発電機を作動させて、モータを電力を供給するバッテリに対し、発電した電力を充電する。このようにエンジン効率の悪い領域ではモータで駆動し、エンジン効率の良い領域ではモータを駆動するための電力を補填する技術がハイブリッド車両では一般的に利用されている。なお、当該バッテリの充電は、制動時に発生する回生電力によっても行われている。

ここで、ハイブリッド車両がこれから走行を予定している経路（以下「走行予定経路」という。）の車速パターン（経路の各点での車速の予測値を経路全体に連ねたもの）を、予め推定できればその車速パターンに基づいて、モータによる駆動力源とエンジンによる駆動力源との配分（以下「駆動力源配分」という。）を、より効率の良いものとすることが可能となる。

そこで、車速パターンを予測するものとして、例えば、下記特許文献１に開示される「ハイブリッド車両の駆動制御装置」が提案されている。この開示技術では、「発進と停止が予測される地点で目的地までの経路を複数の区間に区分し、目的地までの経路の道路状況と運転者の運転履歴とに基づいて各区間ごとに車速パターンを推定し、車速パターンとエンジンの燃料消費特性とに基づいて、目的地までの燃料消費量が最少となるように各区間ごとのエンジンとモーターの運転スケジュールを設定する」としている（特許文献１；段落番号０００７）。また、モータによる走行区間の選定方法として、「エンジンが最も効率の低い運転点で運転される区間を、モータによる走行区間に選定する」としている（特許文献１；段落００４０）。
特開２０００−３３３３０５号公報（第２頁〜第８頁、図１〜１０）

しかしながら、特許文献１に開示される「ハイブリッド車両の駆動制御装置」では、「一般にエンジンは低速になるほど効率が低下する。…（中略）…走行パターンの内、効率の低い２０km/hの走行区間をモーターにより走行し、この区間でモーターにより消費される電力量を、５０km/hのエンジンによる走行区間で予め発電してメインバッテリーに蓄電する」等の充放電スケジュールの一例が示されているが（特許文献１；段落００２０）、一般の走行では車速は常に変化するものである。そのため、このような車速に依存した駆動力源配分の制御を行うと、例えば、低車速で走行する経路区間をモータ駆動とし、それ以外をエンジン、もしくはエンジンとモータのハイブリッド駆動とすると、モータの駆動停止の切り替えが頻繁に起こるばかりか、エンジンの始動停止も頻繁に発生する。

即ち、車速に依存した駆動力源配分の制御では、車速は常に変化するものであり、またエンジンが始動する時点はエンジン効率が低下するため、車速の変動によってエンジンの停止および始動が頻繁に起こるような制御は結果的に燃料消費効率を低下させることとなる。さらにエンジン回転数は車速の変化とは別に変化する。例えば、車速が一定であってもアクセルをオフするとエンジン回転数はアイドリング領域付近まで低下する。そのため、エンジン回転数が低下したときにエンジンを停止させると、次にエンジンを始動させる際には、前述したように燃料消費効率が低下する。このように車速またはエンジン回転数に依存して駆動力源配分の制御を行うといった従来の技術では、必ずしも燃料消費量の抑制に結びつかないという課題がある。

本発明は、上述した課題を解決するためになされたものであり、その目的とするところは、ハイブリッド車両の燃費を向上し得るハイブリッド車両の制御装置を提供することにある。

上記目的を達成するため、特許請求の範囲に記載された請求項１のハイブリッド車両の制御装置では、内燃機関と電動機とを駆動力源に用いるハイブリッド車両の制御装置であって、ハイブリッド車両の走行予定経路を特定する走行予定経路特定手段と、前記走行予定経路を走行する車両速度を車速パターンとして推定する車速パターン推定手段と、前記車速パターンにおける発進から停止までを一区切りとして前記走行予定経路を複数の走行区間に分割する走行予定経路分割手段と、前記走行区間を走行した場合に要する走行時間を各走行区間ごとに推定する走行時間推定手段と、前記走行時間が所定時間以内である走行区間を前記電動機の駆動力源により走行させる運転計画を設定する運転計画設定手段と、前記運転計画に従って前記ハイブリッド車両の駆動制御を行う駆動制御手段と、を備え、前記所定時間は、「当該所定時間以内の走行時間となる走行区間を前記内燃機関の駆動力源により走行した場合に消費する走行用燃料消費量」と「当該所定時間以内の走行時間となる走行区間を前記電動機の駆動力源により走行したときに消費する電力消費量を前記内燃機関による発電または回生制動による発電により補填する場合に消費する発電用燃料消費量」との差が最大になる時間であることを技術的特徴とする。ここで、「回生制動による発電」とは、制動時の減速エネルギーを利用した発電のことである（以下同じ。）。

さらに、特許請求の範囲に記載された請求項２のハイブリッド車両の制御装置では、請求項１において、所定の閾値未満の前記走行時間となる走行区間を前記内燃機関の駆動力源により走行した場合に消費する走行用燃料消費量を推定する走行用燃料消費量推定手段と、前記所定の閾値未満の前記走行時間となる走行区間を前記電動機の駆動力源により走行した場合に消費する電力消費量を推定する電力消費量推定手段と、前記所定の閾値以上の前記走行時間となる走行区間内で前記内燃機関による発電または回生制動による発電により前記電力消費量を補填する場合に消費される発電用燃料消費量を推定する燃料消費量推定手段と、前記走行用燃料消費量および前記発電用燃料消費量の差として節約燃料消費量を算出する節約燃料消費量算出手段と、前記節約燃料消費量を算出した後、前記所定の閾値を所定分増加または所定分減少させる閾値変更手段と、前記走行用燃料消費量推定手段、前記電力消費量推定手段、燃料消費量推定手段、前記節約燃料消費量算出手段および前記閾値変更手段を繰り返し実行し、前記節約燃料消費量が最大値となる前記所定の閾値を前記所定時間として設定する所定時間設定手段と、を備えることを技術的特徴とする。

さらにまた、特許請求の範囲に記載された請求項３のハイブリッド車両の制御装置では、請求項１または２において、前記発電用燃料消費量は、前記内燃機関の機関特性による最高効率点におけるものであることを技術的特徴とする。

また、特許請求の範囲に記載された請求項４のハイブリッド車両の制御装置では、請求項１〜３のいずれか一項において、前記運転計画設定手段は、前記走行時間が前記所定時間を超えた前記走行区間のうちから当該走行区間が長いものをそれよりも短いものよりも優先的に選択し、当該選択された走行区間で前記電力消費量の補填が行われるように計画することを技術的特徴とする。

請求項１の発明では、走行予定経路特定手段によりハイブリッド車両の走行予定経路を特定し、この走行予定経路を走行する車両速度を車速パターンとして車速パターン推定手段により推定し、走行予定経路分割手段によりこの車速パターンにおける発進から停止までを一区切りとして走行予定経路を複数の走行区間に分割する。そして、この走行区間を走行した場合に要する走行時間を各走行区間ごとに走行時間推定手段により推定し、走行時間が所定時間以内である走行区間については当該走行区間内の全てを電動機の駆動力源により走行させる運転計画を運転計画設定手段により設定して、この運転計画に従ってハイブリッド車両の駆動制御を駆動制御手段により行う。これにより、走行区間を走行した場合に要する走行時間が所定時間以内であるものについては当該走行区間内の全てを電動機の駆動力源により走行させる運転計画を設定し、これに従ってハイブリッド車両の駆動制御を行うため、所定時間以内で走行可能な走行区間内では、その全てを電動機の駆動力源により走行させることになる。そして、所定時間は、「当該所定時間以内の走行時間となる走行区間内の全てを内燃機関の駆動力源により走行した場合に消費する走行用燃料消費量」と「当該所定時間以内の走行時間となる走行区間内の全てを電動機の駆動力源により走行したときに消費する電力消費量を内燃機関による発電または回生制動による発電により補填する場合に消費する発電用燃料消費量」との差が最大になる時間である。

つまり、請求項１の発明では、車速や内燃機関の回転数のみに依存することなく、発進から停止までの時間（走行区間内の走行時間）に着目して、当該走行時間が所定時間以内である場合には、その走行区間内の全てを電動機を駆動力源とする駆動制御を行うこととした。そのため、このように推定される走行時間が所定時間以内の走行区間内では、内燃機関による駆動制御が行われることがないので、当該走行区間内においては、電動機と内燃機関との間における駆動力源の切り替えが発生しない。したがって、内燃機関の始動停止の繰り返しも発生しないので、内燃機関の始動時を要因とする燃料消費量の増加を抑制できるため、ハイブリッド車両の燃費を向上することができる。また、走行区間内の全てを電動機の駆動力源により走行するか否かの基準となる当該所定時間は、内燃機関を駆動力源としたときの走行用燃料消費量と電動機を駆動力源としたときに消費される消費電力量を補填したときの発電用燃料消費量との差、つまり電動機を駆動力源としたときに節約できる燃料消費量が最大となる時間とした。これにより、運転計画設定手段（請求項１記載）では、このような時間を基準に走行区間内の全てを電動機の駆動力源により走行するか否かの運転計画を設定することができる。したがって、内燃機関の始動時を要因とする燃料消費量の増加を効率良く抑制できるため、ハイブリッド車両の燃費の向上をより確実なものにすることができる。

請求項２の発明では、走行用燃料消費量推定手段により、所定の閾値未満の走行時間となる走行区間内の全てを内燃機関の駆動力源により走行した場合に消費する走行用燃料消費量を推定し、電力消費量推定手段により所定の閾値未満の走行時間となる走行区間内の全てを電動機の駆動力源により走行した場合に消費する電力消費量を推定し、燃料消費量推定手段により所定の閾値以上の走行時間となる走行区間内で内燃機関による発電または回生制動による発電により電力消費量を補填する場合に消費される発電用燃料消費量を推定する。さらに、節約燃料消費量算出手段により走行用燃料消費量および発電用燃料消費量の差として節約燃料消費量を算出した後、閾値変更手段により所定の閾値を所定分増加または所定分減少させる。そして、所定時間設定手段により、走行用燃料消費量推定手段、電力消費量推定手段、燃料消費量推定手段、節約燃料消費量算出手段および閾値変更手段を繰り返し実行し節約燃料消費量が最大値となる所定の閾値を所定時間として設定する。

即ち、走行区間内の全てを電動機の駆動力源により走行するか否かの基準となる当該所定時間は、内燃機関を駆動力源としたときの走行用燃料消費量（走行用燃料消費量推定手段により推定）と電動機を駆動力源としたときに消費される消費電力量（電力消費量推定手段により推定）を補填したときの発電用燃料消費量（燃料消費量推定手段により推定）との差、つまり電動機を駆動力源としたときに節約できる節約燃料消費量（節約燃料消費量算出手段により算出）が最大値となる所定の閾値とした。これにより、運転計画設定手段（請求項１記載）では、このような時間を基準に走行区間内の全てを電動機の駆動力源により走行するか否かの運転計画を設定することができる。したがって、内燃機関の始動時を要因とする燃料消費量の増加を効率良く抑制できるため、ハイブリッド車両の燃費の向上をより確実なものにすることができる。

請求項３の発明では、発電用燃料消費量は、内燃機関の機関特性による最高効率点におけるものであることから、最も効率の良い発電ができた場合の発電用燃料消費量に基づいて電動機を駆動力源としたときに節約できる燃料消費量または節約燃料消費量を算出することができる。つまり、内燃機関の機関特性の観点から、節約できる燃料消費量または節約燃料消費量の最大値が得られる所定時間を基準に運転計画を設定することができる。したがって、内燃機関の機関特性を踏まえた燃費の向上を可能にすることができる。

請求項４の発明では、運転計画設定手段は、走行時間が所定時間を超えた走行区間のうちから当該走行区間が長いものをそれよりも短いものよりも優先的に選択し、当該選択された走行区間で電力消費量の補填が行われるように計画する。つまり、走行区間が最も長いもの順番に電力消費量の補填を行う走行区間として割り当てられるので、安定して走行している時間が長いものほど発電の効率が良いという一般的な発電特性を踏まえた計画が可能となる。したがって、発電特性の側面からも燃費の向上に寄与することができる。

以下、本発明のハイブリッド車両の制御装置の実施形態について図を参照して説明する。図１は、本実施形態に係るハイブリッド車両およびその制御装置の構成例を示す説明図で、特に、ハイブリッド車両の駆動系の構成例とその制御系の構成例とを模式的に表したものである。そのため、車両を実際に構成する上では必要となる、ブレーキやクラッチ、さらには変速比を変化させたり後進のための出力を反転させるギヤ機構等は図１では省略されていることに留意されたい。

図１に示すように、本実施形態に係るハイブリッド車両１０（以下「車両１０」という。）は、エンジン１１とモータジェネレータ１２とを駆動力源に用いるもので、その駆動系は、エンジン１１、モータジェネレータ１２、バッテリ１３、トランスミッション１４、ディファレンシャルギヤ１５、駆動輪１８等により構成されている。具体的には、例えば、エンジン１１およびモータジェネレータ１２の出力軸がトランスミッション１４に連結され、さらにディファレンシャルギヤ１５を介して駆動輪１８の車軸に連結されている。これにより、エンジン１１および／またはモータジェネレータ１２から出力される駆動力を駆動輪１８に伝達可能にしている。なお、図１では、エンジン１１を「Ｅ／Ｇ」、モータジェネレータ１２を「Ｍ／Ｇ」、トランスミッション１４を「Ｔ／Ｍ」、ディファレンシャルギヤ１５を「ＤＦ」とそれぞれ表記している。

エンジン１１は、例えばレシプロタイプのガソリン機関で、特許請求の範囲に記載の「内燃機関」に相当し得るものである。またモータジェネレータ１２は、例えば交流モータで、電動機としての機能と発電機としての機能とを兼ね備えている。そのため、例えば、制動時にも回転する駆動輪１８の回転力がディファレンシャルギヤ１５やトランスミッション１４を介してモータジェネレータ１２に入力されると発電機としても機能する。なお、モータジェネレータ１２は、特許請求の範囲に記載の「電動機」に相当し得るものである。

バッテリ１３は、充放電可能な二次電池でモータジェネレータ１２に電気的に接続されている。これにより、モータジェネレータ１２が電動機として機能する場合にはバッテリ１３の放電によりモータジェネレータ１２に電力が供給され、モータジェネレータ１２が発電機として機能する場合には、モータジェネレータ１２からバッテリ１３に電力が供給され充電される。

トランスミッション１４は、図略のプラネタリギヤ等を備えており、例えば、プラネタリギヤのキャリア軸をエンジン１１に、またサンギヤ軸をモータジェネレータ１２に、出力軸としてのリングギヤ軸をディファレンシャルギヤ１５に、それぞれ連結している。

ディファレンシャルギヤ１５は、トランスミッション１４から入力される駆動力を左右の車軸に伝達するとともに、当該車両１０がカーブ等を曲がるときには左右の車軸に回転差を与えながら左右の車軸への駆動力の伝達を可能に構成されている。なお、当該左右の車軸には駆動輪１８が取り付けられている。

このように当該車両１０の駆動系を構成することによって、エンジン１１から出力されるエンジントルクはディファレンシャルギヤ１５とモータジェネレータ１２とに分配され得るため、モータジェネレータ１２を被駆動状態に設定すると、当該エンジントルクは当該車両１０を走行させるためにディファレンシャルギヤ１５へ伝達されると同時に当該エンジントルクの一部はモータジェネレータ１２を駆動するように伝達される。これにより、エンジン１１による駆動力により走行している場合にもモータジェネレータ１２による発電を行うことができる。

また、バッテリ１３からの電力供給によりモータジェネレータ１２を電動機として駆動させると、ディファレンシャルギヤ１５にはエンジン１１からのエンジントルクとモータジェネレータ１２からのモータトルクとの合力トルクを伝達可能となる。そのため、エンジン１１単体から出力されるエンジントルクより大きな駆動トルクで車両１０を走行させることができる。さらに加速時には、エンジン１１とモータジェネレータ１２とを併用したハイブリッド駆動モードにより車両１０としてはエンジン１１の馬力性能以上の加速性能を得ることができる。

さらに、エンジン１１を停止させ、トランスミッション１４のキャリア軸を固定するとモータジェネレータ１２による駆動力のみで当該車両１０を駆動することができる。そして、発進時や低車速時等のエンジン駆動においては、燃費効率の低い領域でモータ駆動モードとすることにより、当該車両１０としての燃費効率を向上させることができる。また減速時には、エンジン１１をトランスミッション１４から切り離す一方で、ディファレンシャルギヤ１５を介してトランスミッション１４に入力される駆動輪１８の回転力によってモータジェネレータ１２を駆動することで、減速によるエネルギーをモータジェネレータ１２による発電により電気エネルギに変換できる。これにより、発電機として機能するモータジェネレータ１２から出力される電力をバッテリ１３に効果的に蓄積できる。

次に、当該車両１０の駆動系を制御する制御装置２０の構成を図１を参照して説明する。なお、この制御装置２０は、特許請求の範囲に記載の「ハイブリッド車両の制御装置」に相当し得るものである。前述したエンジン１１やモータジェネレータ１２を制御する制御装置２０は、主に、車両コントローラ２１とナビゲーション装置２４とにより構成されている。

車両コントローラ２１は、例えば、マイクロコンピュータ（以下「マイコン」という。）としての制御装置、演算処理装置、記憶装置、入出力インタフェースやその周辺装置としてのＡ／Ｄ変換器等の周辺ＬＳＩや通信用ＬＳＩ等を備えたＡＳＩＣタイプのＭＰＵで、記憶装置２３、ナビゲーション装置２４や図略の各種センサと各種データの授受を可能に構成されている。また、車両コントローラ２１の記憶装置には、基本システムプログラムのほかに、エンジン１１およびモータジェネレータ１２の駆動制御を可能にする駆動系制御プログラムや、後述する燃費向上制御を可能にする車両制御プログラム等が格納されており、これらの各プログラムをマイコンが演算処理することによってエンジン１１およびモータジェネレータ１２を駆動制御している。

即ち、例えば、アクセル開度センサから入力される開度信号に基づいて当該車両１０の運転者が要求する加速度を、またバッテリ１３の電圧・電流センサから出力される電圧信号や電流信号に基づいてバッテリ１３の蓄電量を、さらにエンジン１１の回転数センサから入力される回転数信号に基づいてエンジン１１の回転数を、それぞれ算出することによって、当該車両１０の走行状態等を把握することができる。そのため、これらの各センサより得られる、加速度、エンジン回転数、バッテリ１３の蓄電量や、記憶装置２３から得られる車速データ等から、エンジン駆動モード、モータ駆動モードまたはハイブリッド駆動モードのいずれかを選択して目標とする駆動力をエンジン１１およびモータジェネレータ１２に指令する。これにより、走行状態に応じたエンジン１１およびモータジェネレータ１２の駆動制御が可能になる。また車両コントローラ２１は、後述するように、ナビゲーション装置２４と連携して、車速パターンの推定、走行予定経路の分割、走行時間の推定、最適時間ＴＸの算出、運転スケジュールの設定、エンジン／モータの駆動制御等を実行し得るが、これらについては後で詳述する。

なお、車両コントローラ２１は、特許請求の範囲に記載の「車速パターン推定手段、走行予定経路分割手段、走行時間推定手段、運転計画設定手段、駆動制御手段、走行用燃料消費量推定手段、電力消費量推定手段、燃料消費量推定手段、節約燃料消費量算出手段、閾値変更手段、所定時間設定手段」に相当し得るものである。

記憶装置２３は、例えば、ハードディスク装置や半導体不揮発性メモリ装置で、ナビゲーション装置２４によって探索された経路を一時的に記憶したり、また当該車両１０が走行した経路、およびその経路を走行した際に取得される車速データ等からなる走行データを記憶可能に構成されている。なお、この記憶装置２３は、ナビゲーション装置２４のほかに、前述した車両コントローラ２１も共有メモリとしてアクセス可能に車両コントローラ２１に電気的に接続されている。そのため、当該記憶装置２３に記憶されている内容、例えば、車速データを含む走行データ等は、車両コントローラ２１も参照することができる。

ナビゲーション装置２４は、出発地から目的地までの経路を探索する機能や、探索された経路に従って経路を案内する機能等の基本機能のほかに、ナビゲーション装置２４が取得した当該車両１０の走行データを記憶する機能をも有するもので、車両コントローラ２１と同様に、例えば、マイコンとしての制御装置、演算処理装置、記憶装置、入出力インタフェースやその周辺装置としてのＡ／Ｄ変換器、時計機能等の周辺ＬＳＩや通信用ＬＳＩ等を備えたＡＳＩＣタイプのＭＰＵを中心に、前述した記憶装置２３、地図データベース２６、ジャイロ２７、ＧＰＳ２８、車速センサ２９や、また図略のディスプレィ、入出力装置等により構成されている。

地図データベース２６は、例えば、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤもしくはハードディスク装置等の数百Ｍバイト〜数十Ｇバイトの記憶容量を持つ大容量記憶装置が用いられている。この地図データベース２６には、地図情報と道路情報とが記憶されており、道路情報としては、例えば、道路ネットワークが各々１０ｍから数百ｍ単位の短い距離ごとに細分化されデータ化されている。この細分化された道路を「道路リンク」と称し、各道路リンクごとに両端の座標（東経北緯）、道路の名称、車線数、トンネルか否か、高架であるか否か、一方通行であるか否か、高速道路であるか否か等々、道路に関するデータ、および道路リンクの端点のいずれかが交差点であるか、交差点であればその名称、当該交差点に接続する他の道路のリンクの識別番号、等が記憶されている。

ＧＰＳ２８は、経度・緯度により当該車両１０の現在位置データを出力するためのもので、図略の入出力インタフェースを介してナビゲーション装置２４のＭＰＵに接続されている。このＧＰＳ２８は、複数のＧＰＳ衛星からの信号を受信して利用者の絶対位置を計測するＧＰＳ受信機等から構成されている。

ジャイロ２７および車速センサ２９は、車両の相対位置を計測するためのもので、図略の入出力インタフェースを介してナビゲーション装置２４のＭＰＵに接続されている。これらセンサは、本来、自律航法等に使用されるもので、これらに計測された相対位置は、ＧＰＳ受信機が衛星からの電波を受信できないトンネル内等において位置を得たり、ＧＰＳ受信機により計測された絶対位置の測位誤差を補正する等に利用される。

即ち、ナビゲーション装置２４では、当該車両１０が走行している間、ジャイロ２７、ＧＰＳ２８、車速センサ２９等の出力を一定周期ごと、例えば１００ミリ秒周期で取得し、取得された現在位置データや車速データ等から走行軌跡を算出し、当該走行軌跡を地図データベース２６内の道路情報と照合して当該車両１０が走行している道路を特定している。

本実施形態では、ナビゲーション装置２４が特定した各々の道路の道路リンクと当該道路リンクを走行した際の車速、さらには時刻等が、走行データとして随時、記憶装置２３に記憶される。例えば、道路リンクが数百ｍに及ぶ場合には、例えば５０ｍごとに車速データを含む走行データを記憶する。また、走行するごとに毎回、車速データ含む走行データが記憶されるので、同じ道路リンクを複数回走行した場合には、ひとつの道路リンクに対して複数の車速データを含む走行データが蓄積されていく。なお、このように道路リンクを特定して道路リンクごとに車速データを含む走行データを記憶装置２３に記憶させて蓄積する処理は、ナビゲーション装置２４の記憶装置に格納されている走行データ記憶プログラム（走行データ記憶手段）をナビゲーション装置２４のマイコンが演算処理することによって行われる。

このように、走行データ記憶プログラム（走行データ記憶手段）によって記憶装置２３に記憶された走行データに基づいて、例えば、普段から頻繁に通行している通勤路のように、利用頻度の高い経路を特定することができる。また、走行データには、その時々の時刻も記録されているので利用頻度の高い経路において、何曜日（年月日を含む）の何時頃に、そのような経路が利用されているかもナビゲーション装置２４が把握することができる。

これにより、例えば、当該車両１０のイグニッションスイッチがオンされたときの時刻データと当該車両１０の位置データとに基づいて、それに近いものを記憶装置２３に記憶されている過去の走行データを検索する。そして、当該時刻と位置とに関連する情報から、ほぼ同一のものして、過去に頻繁に利用された経路に関連する情報がヒットした場合には、これから走行しようとする経路が当該ヒットした経路（例えば通勤路）であると推定することができる。また過去の走行データによりその予想経路における走行パターンを推定することができる。走行パターンの推定方法については、本願出願人による先の出願明細書（出願番号：特願２００３−６８６８５号）に記載された技術を利用することにより実現できる。なおこのような走行予定経路の特定は、ナビゲーション装置２４の記憶装置に格納された走行予定経路特定プログラム（走行予定経路特定手段）をナビゲーション装置２４のマイコンが演算処理することによって行われる。

次に、車両コントローラ２１やナビゲーション装置２４のマイコンにより演算処理される燃費向上制御処理の流れ等を図２〜図８に基づいて説明する。なおここでは、モータジェネレータ１２を「電動機」として機能させる場合には、単に「モータ１２」と称することにする。

図２に示すように、燃費向上制御処理では、まずステップＳ１０１により、走行予定経路を特定する処理が行われる。この処理は、前述した走行予定経路特定プログラムをナビゲーション装置２４が実行することにより行われるもので、特許請求の範囲に記載の「走行予定経路特定手段」に相当し得るものである。なお、このステップＳ１０１では、走行予定経路特定プログラムにより行われるものに限られることはなく、例えば、当該車両１０の運転者がナビゲーション装置２４の入力装置を介して、良く使う経路を特定し得る入力データを入力可能な処理を行っても良い。

続くステップＳ１０３では、車速パターンを推定する処理が行われる。この処理は、例えば、車両コントローラ２１の記憶装置に格納された車速パターン推定プログラムを車両コントローラ２１のマイコンが演算処理することによって行われるもので、特許請求の範囲に記載の「車速パターン推定手段」に相当し得るものである。この車速パターン推定プログラムによる車速パターンの推定方法は、例えば、本願出願人による先の出願明細書（出願番号：特願２００３−６８６８５号）に開示されており、当該開示技術を利用することにより実現できる。

ここで、例えば、このステップＳ１０３により推定された車速パターンの一例として図４に示すものを例示する。なお、図４において、縦軸は車速を、また横軸は出発時刻からの経過時間を表している。即ち、横軸の左端から右端へ向かって出発地から目的地までの走行予定経路を通ったときの車速パターンを表している。このような車速パターンにおいて、当該車両１０の発進から停止までのひと続きをひとつの区切りとして（発進から停止までを一区切りとして）当該走行予定経路を区切る。斯かる処理を行っているのが、次のステップＳ１０５である。

ステップＳ１０５では、走行予定経路の分割処理が行われる。この処理は、例えば、車両コントローラ２１の記憶装置に格納された走行予定経路分割プログラムを車両コントローラ２１のマイコンが演算処理することにより行われるもので、特許請求の範囲に記載の「走行予定経路分割手段」に相当し得るものである。例えば、図４に示す走行予定経路の例では、区間ｅ１〜区間ｅ６が当該ステップＳ１０５により分割された走行区間を表す。なお、走行区間ｅ１と走行区間ｅ２の間、走行区間ｅ３と走行区間ｅ４の間、走行区間ｅ４と走行区間ｅ５の間、走行区間ｅ５と走行区間ｅ６の間には、それぞれ空白の区間があるが、これらは交通信号機等の指示によって当該車両１０が一時的に停止していたことを表すもので、車速が０（ゼロ）のまま時間経過している様子が示されている。

続くステップＳ１０７では、走行時間等の推定処理が行われる。この処理は、例えば、車両コントローラ２１の記憶装置に格納された走行時間等推定プログラムを車両コントローラ２１のマイコンが演算処理することにより行われるもので、特許請求の範囲に記載の「走行時間推定手段」に相当し得るものである。具体的には、ステップＳ１０５により分割された各走行区間ごとに走行時間とハイブリッド駆動モードで走行したときに消費される燃料消費量が算出される。例えば、走行時間は、図４に示す走行区間ｅ１〜走行区間ｅ６の横軸方向の長さを総和することにより算出することができる。また燃料消費量は、当該車両１０の動特性をモデル化した運動方程式に基づいて、当該車両１０が図４に示す各走行区間の速度パターンをとったときの運動状態をシミュレーションすることによって算出することができる。

ここで、ステップＳ１０７によって推定された走行時間、およびそれに対する燃料消費量の特性例を図５に示す。なお、図５では、図４に示した走行区間ｅ１〜走行区間ｅ６の各区間について、走行時間を横軸に、燃料消費量を縦軸にとっている。また図５に示す○（丸印）内のｅ＊（＊は１〜６の整数）は、図４に示す走行区間の符号ｅ１〜ｅ６にそれぞれ対応している。この図５から、当然ではあるが、走行時間が長ければ長いほど燃料消費量も多くなることがわかる。

次のステップＳ１０９では、最適時間ＴＸの算出処理が行われる。この処理は、例えば、車両コントローラ２１の記憶装置に格納された最適時間算出プログラムを車両コントローラ２１のマイコンが演算処理することにより行われるもので、特許請求の範囲に記載の請求項２および請求項３に相当し得るものである。具体的には、図３にその詳細が示されているが、ここで当該最適時間ＴＸの概念を述べると、次のようになる。まずＴｘは、特許請求の範囲に記載の「所定の閾値」に相当し得るもので、最適時間ＴＸは特許請求の範囲に記載の「所定時間」に相当し得るものである。そして、最適時間ＴＸとは、「所定の閾値Ｔｘ以内の走行時間となる走行区間内の全てをエンジン駆動モードにより走行した場合に消費する走行用燃料消費量」と「所定の閾値Ｔｘ以内の走行時間となる走行区間内の全てをモータ駆動モードにより走行したときに消費する電力消費量をエンジン１１による発電または回生制動による発電により補填する場合に消費する発電用燃料消費量」との差が最大になる時間のことである。つまり、最適時間ＴＸは、走行区間内の全てをモータ駆動モードにより走行するか否かを計画する基準となる時間の最大値である。

ここで、図３を参照して最適時間ＴＸの算出処理の流れを説明する。図３に示すように、最適時間ＴＸの算出処理は、ステップＳ２０１によるＴｘの初期値を設定する処理から始まる。前述したように、所定の閾値Ｔｘは、走行区間をモータ駆動モータとするか、またはハイブリッド駆動モードあるいはエンジン駆動モードとするか、を走行時間により選別するための閾値である。そのため、例えば、走行時間を算出した結果、最も短い走行時間を所定の閾値Ｔｘの初期値とする。

続くステップＳ２０３では、短時間走行区間の燃料消費量（Ｑ１）を算出する処理が行われる。この処理は、特許請求の範囲に記載の「走行用燃料消費量推定手段」に相当し得るものである。具体的には、設定された所定の閾値Ｔｘに対して走行時間が当該所定の閾値Ｔｘよりも小さくなる走行区間の燃料消費量の総量をＱ１として算出する。例えば、図５において所定の閾値Ｔｘを同図のように走行区間ｅ２と走行区間ｅ１の間に設定したとすると、図５上で所定の閾値Ｔｘより左側に位置する走行区間ｅ２、ｅ４、ｅ６（これらの走行時間が所定の閾値Ｔｘより小さい走行区間のことを以下「短時間走行区間」という。）の燃料消費量を加えたものが短時間走行区間の燃料消費量Ｑ１となる。

次のステップＳ２０５では、短時間走行区間のモータ消費電力を算出する処理が行われる。この処理は、特許請求の範囲に記載の「電力消費量推定手段」に相当し得るものである。具体的には、短時間走行区間を全てモータ１２で走行すると仮定した場合のモータ１２による消費電力を算出する。算出の方法は、当該車両１０の運動方程式を用いて、エンジン１１を作動させずにモータ１２だけで各走行区間の速度パターンを実現するのに必要な消費電力を求める。

続くステップＳ２０７では、発電に必要な燃料消費量（Ｑ２）を算出する処理が行われる。この処理は、特許請求の範囲に記載の「燃料消費量推定手段」に相当し得るものである。具体的には、ステップＳ２０５で求めた消費電力をエンジン１１による発電で賄うための燃料消費量（Ｑ２）を算出する。この場合にも当該車両１０の運動方程式に基づいて算出する。なお、ここでは、当該発電は、モータ駆動モードによる走行区間以外で行われるため、図５で所定の閾値Ｔｘより右側に位置する走行区間すなわち、走行区間ｅ１，ｅ３、ｅ５のいずれかにおいて発電することになる。ここでも当該車両１０の運動方程式に基づいて燃料消費量を算出する。

まず、各走行区間において、当初推定された速度パターンを実現するために通常のハイブリッド制御（エンジン駆動モードまたはハイブリッド駆動モード）を行った場合のエンジン回転数の時間変化を求める。ここで、エンジン回転数の時間変化の一例を図６に示す。図６はエンジン回転数と出力トルクの関係を示す特性図である。なお、図６中に示す破線により囲まれた◆（黒ひし形）印の点列は、走行区間中の各時点でのエンジン回転数を表し、また図６中に示す×（バツ）印は最もエンジン効率の良い点を示す。さらに図６中に示す曲線は、等効率曲線を表す。

通常のエンジン制御では、図６に示す破線で囲まれた◆（黒ひし形）印の点列のようにエンジン回転数が変化する。そのため、エンジン運転点を最も効率の良い×（バツ）印付近で運転すると仮定して、当該車両１０の駆動に必要なトルクを超える余剰分のトルクでモータジェネレータ１２による発電を行い必要な発電量を賄うだけの電力を得る、という運動系を運動方程式上で実現する。ステップＳ２０７では、このときの燃料消費量（Ｗ１）を算出する。その一方で、図６に示す破線で囲まれた◆（黒ひし形）印の点列等の、通常の運転をした場合の燃料消費量（Ｗ２）も当該ステップＳ２０７により算出する。そして、その差Ｗ１−Ｗ２が発電に必要な燃料量として算出される。また、発電する走行区間は安定して走行している場合が最も効率が良いので図５中の最も走行時間の長い走行区間ｅ３から始めて、走行区間ｅ３でモータ消費電力分を賄えない場合には次に長い走行時間ｅ５でも発電すると仮定してモータ消費電力分が賄えるまで計算を繰り返す。このようにしてモータ消費電力分を賄うために必要な燃料消費量（Ｑ２）が算出される。なお、モータ１２が消費する電力を賄うためには、速度パターン上で減速が予想される場所での回生エネルギーを考慮し、その分を差し引いた電力を発生するだけの燃料消費量を算出するようにしても良い。

次のステップＳ２０９では、Ｃｘ＝（Ｑ１−Ｑ２）／Ｑtotal の演算処理が行われる。この処理は、特許請求の範囲に記載の「節約燃料消費量算出手段」に相当し得るものである。ここで、Ｑtotal とは、経路全体で通常のハイブリッド制御を行った場合の燃料の総消費量である。即ち、Ｃｘとは、通常のハイブリッド制御を行った場合の燃料消費量に対して、節約できる燃料の割合を示す指標で、以下「燃費向上率」という。

続くステップＳ２１１、Ｓ２１３では、前述したステップＳ２０３〜Ｓ２０９を幾つかの所定の閾値Ｔｘの値により繰り返す処理を行う。ステップＳ２１３により設定される所定の閾値Ｔｘの増分は、所定の閾値Ｔｘを予め決められた時間刻みでもって増加させるもので、適当な値に設定される。またステップＳ２１３では、所定の閾値Ｔｘを予め決められた時間刻みでもって減少させるものとしても良い。なお、ステップＳ２１１は、特許請求の範囲に記載の「所定時間設定手段」に相当し得るもので、またステップＳ２１３は、特許請求の範囲に記載の「閾値変更手段」に相当し得るものである。

次のステップＳ２１５では、最適時間ＴＸを決定する処理が行われる。この処理は、特許請求の範囲に記載の「所定時間設定手段」に相当し得るもので、節約燃料消費量が最大値となる所定の閾値Ｔｘを最適時間ＴＸとして設定する。ここで、ステップＳ２０９の燃費向上率が最も高い値となるときに所定の閾値Ｔｘが最も燃費を向上させる所定の閾値Ｔｘとなる。例えば、図５の走行時間の分布に対して走行時間の所定の閾値Ｔｘを変化させたときの燃費向上率を図７に示す。

図７に示すように、所定の閾値Ｔｘを閾値Ｔｘ１〜閾値Ｔｘ５と変化させる。このとき、走行時間の所定の閾値Ｔｘが小さすぎると（即ち、モータ駆動モードとする走行区間を少なくすると）、燃費向上率も期待できない。しかし、走行時間の所定の閾値Ｔｘを大きくしすぎると、モータ駆動モードによる消費電力が多くなるため、これを賄うための発電にエンジン１１の効率がさほど良くない状態でも発電に当てることが必要となり燃料の消費量が多くなる。したがって、走行時間の所定の閾値Ｔｘを大きくしすぎても燃費向上率は低下する。これにより、図７に示すように、燃費向上率は最大値を有することとなり、図７の場合は閾値Ｔｘ３のときが最も燃費向上率が大きくなる。よって、図７に示す例の場合、閾値Ｔｘ３が最適時間ＴＸとして決定された走行時間の所定の閾値Ｔｘとなる。

このようにステップＳ２１５により最適時間ＴＸが決定されると、最適時間ＴＸの算出処理は終了するので、図２に示す燃費向上制御処理に移行する。図２に示すように、次のステップＳ１１１では、運転スケジュールの設定処理が行われる。この処理は、特許請求の範囲に記載の「運転計画設定手段」に相当し得るもので、例えば、車両コントローラ２１の記憶装置に格納された運転計画設定プログラムを車両コントローラ２１のマイコンが演算処理することにより行われる。

例えば、図５に示す走行時間に対する燃料消費量の例では、ステップＳ１０９により閾値Ｔｘ３が最適時間ＴＸに決定されたので、この閾値Ｔｘ３よりも走行時間が小さくなる走行区間、即ち走行区間ｅ２、ｅ４、ｅ６はモータ駆動モードによる走行区間として選定される。そして、図３に示すステップＳ２０７において、必要な電力を発電する走行区間が算出されているのでその区間では発電を行うよう運転スケジュールを設定する。図５に示す例では、最終的に得られる運転スケジュールとして図８に示すようなものが得られる。

即ち、図８に示すように、走行区間ｅ２、ｅ４、ｅ６はモータ駆動モードによる走行区間として設定されている。また走行区間ｅ１、ｅ３、ｅ５の各区間に「ＨＥＶ」と記されている部分は、ハイブリッド駆動モードまたはエンジン駆動モータにより走行する区間であることを表している。さらに走行時間が長い走行区間ｅ５、ｅ３においては、モータ駆動モードによる走行で必要となる電力を賄うため、エンジン１１による発電制御が行われる区間として設定されている。このとき、走行時間が長い方からエンジン１１による発電制御に割り当て、また当該発電はエンジン特性として最高効率点においてエンジン１１を作動させて発電するようにする。これは、走行時間が長い方が安定して走行している時間が長いことから、発電効率が良好であると考えられるためで、またエンジン１１を最高効率点で作動させることでも最も効率の良い発電ができるからである。図８に示す運転スケジュールの例では、最も走行時間の長い走行区間ｅ３だけの発電では発電量が足らないが、次に走行時間の長い走行区間ｅ５では当該区間の最初から途中まで（図８中のｅ５’で示した区間）、エンジン１１を最高効率点で作動させて発電すれば必要な電力を賄うことが可能となる。

ステップＳ１１３では、エンジン／モータの駆動制御処理が行われる。この処理は、特許請求の範囲に記載の「駆動制御手段」に相当し得るもので、例えば、車両コントローラ２１の記憶装置に格納された駆動系制御プログラムを車両コントローラ２１のマイコンが演算処理することにより行われる。これにより、ステップＳ１１１により設定された運転スケジュールに従って、走行時間が最適時間ＴＸ以内の走行区間内では、エンジン駆動モードによる駆動制御が行われることがないので、当該走行区間内においては、エンジン１１とモータジェネレータ１２との間における駆動力源の切り替えが発生しない。例えば、図８に示す運転スケジュールの例では、走行区間ｅ２、ｅ４、ｅ６はモータ駆動モードによる走行区間として設定されているので、この走行区間においてはエンジン１１による駆動制御は行われることなく、専らモータジェネレータ１２による駆動制御が行われる。したがって、当該走行区間においては、エンジン１１の始動停止の繰り返しも発生しないので、エンジン１１の始動時を要因とする燃料消費量の増加を抑制でき、当該車両１０の燃費を向上することができる。

以上説明したように、本実施形態に係るハイブリッド車両１０の制御装置２０によると、ナビゲーション装置２４により当該車両１０の走行予定経路を特定し（Ｓ１０１）、車両コントローラ２１により、この走行予定経路を走行する車速を車速パターンとして推定し（Ｓ１０３）、この車速パターンにおける発進から停止までを一区切りとして走行予定経路を複数の走行区間に分割する（Ｓ１０５）。そして、車両コントローラ２１により、この走行区間を走行した場合に要する走行時間を各走行区間ごとに推定し（Ｓ１０７）、走行時間が最適時間ＴＸ以内である走行区間については当該走行区間内の全てをモータ駆動モードにより走行させる運転計画を設定して（Ｓ１１１）、この運転計画に従って当該車両１０の駆動制御を行う（Ｓ１１３）。

これにより、走行区間を走行した場合に要する走行時間が最適時間ＴＸ以内であるものについては当該走行区間内の全てをモータ駆動モードにより走行させる運転計画を設定し、これに従って当該車両１０の駆動制御を行うため、最適時間ＴＸ以内で走行可能な走行区間内では、その全てをモータジェネレータ１２の駆動力源により走行させることになる。つまり、車速やエンジン１１の回転数のみに依存することなく、発進から停止までの時間（走行区間内の走行時間）に着目して、当該走行時間が最適時間ＴＸ以内である場合には、その走行区間内の全てをモータジェネレータ１２を駆動力源とする駆動制御を行うこととした。そのため、一般に、走行状態が不安定（エンジン回転数が大きく変化する）で燃料消費効率が悪いとして、このように推定される走行時間が最適時間ＴＸ以内の走行区間内では、エンジン１１による駆動制御が行われることがないので、当該走行区間内においては、エンジン１１とモータジェネレータ１２との間における駆動力源の切り替えが発生しない。したがって、エンジン１１の始動停止の繰り返しも発生しないのでエンジン１１の始動時を要因とする燃料消費量の増加を抑制できるため、当該車両１０の燃費を向上することができる。さらにモータ駆動モードによる走行区間を選定するための走行時間の所定の閾値Ｔｘを変化させて（Ｓ２１１、Ｓ２１３）燃費向上率（目的地到達までに必要な燃料量に対する、本発明により節約できる燃料量の割合）を算出し、燃費向上率が最大となる最適時間ＴＸを決定しているので、最適な燃料節約効果を得ることができる。

なお、上述したように本実施形態に係る制御装置２０では、エンジン１１とモータジェネレータ１２とを並列に配置して構成されるハイブリッド車両１０の駆動制御を行うものとしたが、本発明の適用はこれに限られることはなく、内燃機関（エンジン）と電動機（モータ）とを駆動力源に用いるハイブリッド車両であれば、例えば、内燃機関（エンジン）の出力軸と電動機（モータ）の出力軸とを同一軸として構成するタイプや、変速機にＣＶＴ（無段変速機）を用いてＣＶＴの入力軸を内燃機関（エンジン）に、ＣＶＴの出力軸を電動機（モータ）に連結して構成するタイプ等についても適用することができる。そして、このような各タイプのハイブリッド車両に本発明を適用した場合であっても、上述したハイブリッド車両１０の制御装置２０と同様の作用および効果を得ることができる。

本発明の一実施形態に係るハイブリッド車両およびその制御装置の構成例を示す説明図である。 本実施形態に係る制御装置を構成する車両コントローラにより実行される燃費向上制御処理の流れを示すフローチャートである。 図２に示す最適時間ＴＸの算出処理の流れを示すフローチャートである。 図２に示す車速パターンの推定処理により推定される車速パターンの一例を示す説明図である。 図２に示す走行時間の推定処理により推定される走行時間、およびそれに対する燃料消費量の例を示した特性図である。 エンジンの回転数に対するエンジンの出力トルクの関係を示す特性図である。 図２に示す最適時間ＴＸの算出処理の内容を概念的に示す説明図である。 図２に示す運転スケジュールの設定処理により設定される運転スケジュールの一例を示す説明図である。

符号の説明

１０…ハイブリッド車両
１１…エンジン（内燃機関）
１２…モータジェネレータ（電動機）
１３…バッテリ
２０…制御装置（ハイブリッド車両の制御装置）
２１…車両コントローラ（車速パターン推定手段、走行予定経路分割手段、走行時間推定手段、運転計画設定手段、駆動制御手段、走行用燃料消費量推定手段、電力消費量推定手段、燃料消費量推定手段、節約燃料消費量算出手段、閾値変更手段、所定時間設定手段）
２３…記憶装置
２４…ナビゲーション装置（走行予定経路特定手段）
２６…地図データベース
Ｓ１０１（走行予定経路特定手段）
Ｓ１０３（車速パターン推定手段）
Ｓ１０５（走行予定経路分割手段）
Ｓ１０７（走行時間推定手段）
Ｓ１１１（運転計画設定手段）
Ｓ１１３（駆動制御手段）
Ｓ２０３（走行用燃料消費量推定手段）
Ｓ２０５（電力消費量推定手段）
Ｓ２０７（燃料消費量推定手段）
Ｓ２０９（節約燃料消費量算出手段）
Ｓ２１１（所定時間設定手段）
Ｓ２１３（閾値変更手段）
Ｓ２１５（所定時間設定手段）

Claims (4)

1. 内燃機関と電動機とを駆動力源に用いるハイブリッド車両の制御装置であって、
   ハイブリッド車両の走行予定経路を特定する走行予定経路特定手段と、
   前記走行予定経路を走行する車両速度を車速パターンとして推定する車速パターン推定手段と、
   前記車速パターンにおける発進から停止までを一区切りとして前記走行予定経路を複数の走行区間に分割する走行予定経路分割手段と、
   前記走行区間を走行した場合に要する走行時間を各走行区間ごとに推定する走行時間推定手段と、
   前記走行時間が所定時間以内である走行区間を前記電動機の駆動力源により走行させる運転計画を設定する運転計画設定手段と、
   前記運転計画に従って前記ハイブリッド車両の駆動制御を行う駆動制御手段と、
   を備え、
   前記所定時間は、「当該所定時間以内の走行時間となる走行区間を前記内燃機関の駆動力源により走行した場合に消費する走行用燃料消費量」と「当該所定時間以内の走行時間となる走行区間を前記電動機の駆動力源により走行したときに消費する電力消費量を前記内燃機関による発電または回生制動による発電により補填する場合に消費する発電用燃料消費量」との差が最大になる時間であることを特徴とするハイブリッド車両の制御装置。
2. 所定の閾値未満の前記走行時間となる走行区間を前記内燃機関の駆動力源により走行した場合に消費する走行用燃料消費量を推定する走行用燃料消費量推定手段と、
   前記所定の閾値未満の前記走行時間となる走行区間を前記電動機の駆動力源により走行した場合に消費する電力消費量を推定する電力消費量推定手段と、
   前記所定の閾値以上の前記走行時間となる走行区間内で前記内燃機関による発電または回生制動による発電により前記電力消費量を補填する場合に消費される発電用燃料消費量を推定する燃料消費量推定手段と、
   前記走行用燃料消費量および前記発電用燃料消費量の差として節約燃料消費量を算出する節約燃料消費量算出手段と、
   前記節約燃料消費量を算出した後、前記所定の閾値を所定分増加または所定分減少させる閾値変更手段と、
   前記走行用燃料消費量推定手段、前記電力消費量推定手段、燃料消費量推定手段、前記節約燃料消費量算出手段および前記閾値変更手段を繰り返し実行し、前記節約燃料消費量が最大値となる前記所定の閾値を前記所定時間として設定する所定時間設定手段と、
   を備えることを特徴とする請求項１記載のハイブリッド車両の制御装置。
3. 前記発電用燃料消費量は、前記内燃機関の機関特性による最高効率点におけるものであることを特徴とする請求項１または２記載のハイブリッド車両の制御装置。
4. 前記運転計画設定手段は、前記走行時間が前記所定時間を超えた前記走行区間のうちから当該走行区間が長いものをそれよりも短いものよりも優先的に選択し、当該選択された走行区間で前記電力消費量の補填が行われるように計画することを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載のハイブリッド車両の制御装置。

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