JP2001069605A

JP2001069605A - ハイブリッド車両制御方法

Info

Publication number: JP2001069605A
Application number: JP23651699A
Authority: JP
Inventors: Toru Watanabe; 徹渡辺; Shinsuke Takahashi; 信補高橋; Masahiko Ibamoto; 正彦射場本
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1999-08-24
Filing date: 1999-08-24
Publication date: 2001-03-16

Abstract

(57)【要約】【課題】エンジンと回生システムとを備えたハイブリッ
ド車両においては、各時点での回生システムエネルギ貯
蔵量を適正化することで旅程全体を通して燃費を最適化
する必要がある。一方では、時々刻々のエンジンと回生
システムの出力割合を最適化することで、燃費を向上し
なくてはならない。これら広域と、局所の最適化を両立
するハイブリッド車両制御が必要である。【解決手段】エネルギ貯蔵量の上下限を、現在及び将来
の走行環境に基づき変更するエネルギ貯蔵計画を行うよ
うにして、ハイブリッド車両を制御する。エネルギ貯蔵
量を適正上下限範囲にある限り時々刻々のエンジンとモ
ータの駆動力配分は燃費を最適にするように制御を行
う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、車両制御方法に関
し、特に、車両の力学的エネルギーあるいはエンジン出
力を変換、貯蔵、放出する回生システムとエンジンを持
つハイブリッド車両の最適運転制御方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】ドラムブレーキ、ディスクブレーキなど
による制動では、車両の持つ運動エネルギーは熱として
廃却される。これに対して、運動エネルギーを回収、再
利用する回生システムを備えることで燃費を向上する車
両がある。例えば、特開平１０−９８８０５号公報に記
載の車両は、回転電機により運動エネルギーを電気エネ
ルギーに変換、バッテリに蓄積するシステムを備えたも
のである。この他に、１９９０年１２月１日に社団法人
自動車技術会から発行された「自動車技術ハンドブッ
ク〈第１分冊〉基礎・理論編」の１３７ページから１４
０ページに記載の、弾性体、圧縮エア、フライホイー
ル、油圧ポンプなどを用いた回生システムを備えた車両
が知られている。

【０００３】これら回生システムに貯蔵できるエネルギ
には限界があり、限界を超えた分は廃却されロスとな
る。また、エネルギ貯蔵量がゼロであると、回生システ
ムからの出力が行えず、最大出力を要する走行モードな
どにおいて運転性に不具合を生じる。

【０００４】従って、これら回生システムを備えたハイ
ブリッド車両では、燃費と運転性確保のために、エンジ
ンなどの一次動力源と、回生システムによる二次動力源
の出力割合を適切に制御する必要がある。例えば、エン
ジンと回転電機（モータ）及びバッテリを備えた車両に
ついては、特開平８−１２６１１６号公報に示されるよ
うに設定走行経路に対して、各地点でのバッテリ残量目
標値を設定し、設定された目標値にバッテリ残量を近づ
けるようにモータとエンジンの出力を調整する。この方
法では、登坂手前でバッテリ残量が多くなるようにし、
登坂途中での電力不足による運転性劣化の防止を図って
いる。また、降坂の手前ではバッテリ残量が少なくなる
ようにし、回生ブレーキによるエネルギー回収量を大き
くすることで、燃費の向上を図っている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、一意に
目標バッテリ残量を設定し、これに近づくようにエンジ
ンとモータの出力割合を制御することは、ハイブリッド
車両のもつ本来の運転性を損なうとともに、ときとして
燃費を悪化させる。例えば、目標バッテリ残量に対し
て、現在のバッテリ残量が小でありモータ出力割合を小
さくするような制御が行われたとき、予想外の加速や登
坂が行われるとエンジンに対する負荷が過大となり燃費
が悪化する。

【０００６】また、停止線などでのストップ・アンド・
ゴーでは、応答性のよいモータから多くの出力を必要と
するがこれが抑制されることにより、運転性が悪くな
る。これらの問題は、広い走行区間を通したエネルギ最
適化と、時々刻々のエンジンとモータの駆動力配分の最
適化とのバランスが取り難いことに起因する問題であ
る。時々刻々の出力割合を適正に取りながら全体として
のエネルギ最適化を行う必要がある。

【０００７】また、将来の走行経路に対して、各点での
エネルギ貯蔵量を最適化するエネルギ貯蔵最適化を計画
するには、現在位置から終着点までに到るまでの間で、
適切な計画区間を設定しなくてはならない。計画区間が
長すぎると、最適化計算に過大な時間がかかると共に、
過誤による予定経路からの逸脱など予測しがたい事象の
影響を受け計画の妥当性が損なわれやすくなる。計画区
間が短すぎるとエネルギ貯蔵量の調整ができず、エネル
ギ最適化を実行し得ない。

【０００８】本発明の目的は、時々刻々のエンジンと回
生システムの出力割合の最適制御への影響を最小限に留
めながら、広範囲でのエネルギ最適化（燃費最適化）を
適正な最適化計画範囲のもとで実現するハイブリッド車
両制御方法を提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】（１）上記の問題を解決
するために、本発明では、ハイブリッド車両を制御する
方法において、回生システム貯蔵エネルギ量の上下限
を、現在及び将来の走行環境に基づき変更するエネルギ
貯蔵計画を行うようにして、ハイブリッド車両を制御す
る。かかる方法により、エネルギ貯蔵量を適正上下限範
囲に取ることで、広い走行区間を通したエネルギ最適化
を行いつつ、エネルギ貯蔵量が上下限範囲にある限り、
時々刻々のエンジンとモータの駆動力配分を、時々の最
適点にとることで燃費を向上できる。

【００１０】（２）上記の問題を解決するために、本発
明では、ハイブリッド車両を制御する方法において、予
期される走行環境に基づき走行経路を単位区間に分割
し、少なくとも一つのエネルギ貯蔵可能区間を含む複数
個の単位区間からなるエネルギ貯蔵計画区間を設定し、
計画区間単位でエネルギ最適化を行うようにして、ハイ
ブリッド車両を制御する。かかる方法により、エネルギ
貯蔵量の調整を可能とし、エネルギ最適化が実現し得
る。

【００１１】（３）上記（２）記載のハイブリッド車両
制御方法において、好ましくは、予測走行経路及びその
周囲の地形変化の複雑度に応じてエネルギ貯蔵計画区間
を延長するようにして、ハイブリッド車両を制御する。
かかる方法により、計画区間が不必要に長く、最適化計
算に過大な時間がかかることや、過誤による予定経路か
らの逸脱など不確定要因の増加を防ぎ、妥当なエネルギ
最適化を行い得る。また、（２）と同じく、エネルギ貯
蔵量の調整を可能とし、エネルギ最適化を実現し得る。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、図面を用いて本発明の実施
の形態による車両制御方法について説明する。

【００１３】最初に、図１を用いて、本実施の形態によ
る車両制御方法を適用する車両システムの構成について
説明する。本実施の形態による車両システムは、動力源
として内燃機関であるところのエンジン１０１と、回転
電機であるところの発電機１０３とモータ１０５を備え
ている。これらはクラ動力伝達軸１００、クラッチ１１
０、ＣＶＴ（無段変速機）１０８を通して直接あるいは
間接的に走行輪１０９を駆動する。発電機１０３とモー
タ１０５が発電及び消費する電力の残余はバッテリ１０
７に蓄電され、電力の供給が求められた場合に放電され
る。

【００１４】制動装置１１１は走行輪の力学的エネルギ
ーをブレーキパッド、もしくはブレーキドラムにより熱
に変換し大気中に廃却することで走行輪に制動力を加え
る。エンジン１０１は、エンジン制御装置１１７によっ
て制御及びモニタされる。発電機１０３は、発電機制御
装置１１９によって制御及びモニタされる。モータ１０
５はモータ制御装置１２３によって制御及びモニタされ
る。バッテリ１０７はバッテリ１２１によって制御及び
モニタされる。ＣＶＴ１０８とクラッチ１１０はＣＶＴ
制御装置１２４により制御される。制動装置１１１は制
動制御装置１２５により制御される。これら制御装置は
車両制御装置１１５により統合的に制御される。車内ネ
ットワーク１２６は制御装置を相互に接続する。

【００１５】車載情報装置１３０は、ＧＰＳアンテナな
どからなる現在位置検出装置１３１は、地図データベー
ス１３３、道路情報受信装置１３５及び図示しないディ
スプレイ装置などの搭乗者とのユーザインターフェイス
からなる。車載情報装置１３０は車両制御装置１１５か
らのデータ要求に応じて、車両現在位置、車両の走行予
定経路、経路及びその他必要とされる地域の道路の道
幅、分岐、標高のデータ、道路の混雑度合及び各地点の
予想車速を、車両制御装置１１５に出力する。

【００１６】アクセルペダル１２７には、図示されない
ポジションメータが取り付けられており、アクセルペダ
ル踏み角を車両制御装置に出力する。ブレーキペダル１
２９には図示されないポジションメータが取り付けられ
ており、ブレーキペダル踏み角を車両制御装置に出力す
る。

【００１７】次に、図２を用いて車両制御装置１１５の
詳細を説明する。車両制御装置は相互にバス２１０によ
って接続されたＣＰＵ２０１、ＲＯＭ２０３、ＲＡＭ２
０５、センサＩＯ、ネットワークＩＯから構成されてい
る。ＣＰＵ２０１はＲＯＭ２０３に格納された制御プロ
グラムに基づいて、車両を制御する。ＣＰＵ２０１の演
算に必要な変数はＲＡＭ２０５にデータとして貯えられ
る。センサＩＯ２０７を通して、現在位置検出装置１３
１、地図データベース１３３、道路情報受信装置１３５
とのデータの送受信、及び、アクセルペダル踏み角、ブ
レーキペダル踏み角の信号の受信が行われ、ＣＰＵ２０
１あるいはＲＡＭ２０５に必要な期間記憶される。ネッ
トワークＩＯ２０９を通して、車内ネットワーク１２５
とのデータの送受信が行われ、ＣＰＵ２０１あるいはＲ
ＡＭ２０５に必要な期間記憶される。

【００１８】エンジン制御装置１１７、発電制御装置１
１９、バッテリ制御装置１２１、モータ制御装置１２
３、ＣＶＴ制御装置１２４、制動制御装置１２５も、図
２に示された車両制御装置１１５と同様の構成を持つ。

【００１９】次に、図３に本実施の形態による車両制御
方法のブロック図を示す。図３に基づき本発明の制御の
流れ説明する。特にブロック３０３，３０６に本発明の
特徴がある。

【００２０】ブロック３０１の現在状態推定部では、車
両の状態、現走行環境、さらに環境下での運転操作か
ら、運転者がスポーティな運転あるいは円滑な運転を望
んでいるのかなど運転意図を推定する。

【００２１】ブロック３０２の広域走行状態推定部で
は、ブロック３０１で判定した運転意図と車載情報装置
１３０からの走行予定経路、その地形情報、混雑度とか
ら将来車両が走行する標高、車速の変化を表す推移列を
算出する。

【００２２】ブロック３０３のエネルギスケジューリン
グ部では、標高推移列と車速推移列から車両のエネルギ
需給を予測し、バッテリへの過充電による回生エネルギ
のロスや、過放電によるモータ力行力不足による運転性
への不具合が発生しない適性範囲を充電残量（回生シス
テムエネルギ貯蔵量）が取るように、発電に関する発電
開始閾値ｅＬ１と発電終了閾値ｅＬ２の組（ｅＬ１≦ｅ
Ｌ２）を出力する。

【００２３】ブロック３０５の目標駆動出力設定部では
車速、アクセルペダル、ブレーキペダルの踏み角より、
マップを参照して目標駆動出力ｔＰｄを設定する。

【００２４】ブロック３０６の駆動出力分配部では、目
標駆動出力ｔＰｄを実現するようにエンジン、モータの
出力割合を、燃費が最適になるように決定する。この
際、発電に関する閾値ｅＬ１とｅＬ２と現在のバッテリ
残量Ｅを比較して、発電機による発電を行うべきかを判
断し、必要であればエンジン出力を増して発電を行う。
以上が本発明の制御の流れである。つぎに、本発明の特
徴であるところのブロック３０６の処理を図４を用い
て、ブロック３０３の処理を図５を用いて、それぞれ説
明する。

【００２５】ブロック３０６の処理の詳細を図４を用い
て説明する。ステップ４０１からステップ４０５は、バ
ッテリ充電のための発電が必要であるか否かの発電要否
判定を行う。現在のバッテリ残量Ｅが発電開始閾値ｅＬ
１以下であればバッテリ充電フラグｆ＿ｇｅｎをオンに
する（ステップ４０１，４０２）。バッテリ充電中であ
ったときに、バッテリ残量Ｅが充電終了閾値ｅＬ２より
大きくなったらバッテリ充電フラグｆ＿ｇｅｎをオフに
する（ステップ４０３，４０４，４０５）。

【００２６】つづくステップ４０６からステップ４１１
において、バッテリ充電フラグと、アクセル踏み角ＡＰ
Ｓ、車速Ｖ、目標駆動出力ｔＰｄをもとに、車両の運転
モードを決定する。アクセルが踏まれていなければモー
タによる回生制動を行う「回生モード」を選択する（ス
テップ４０６）。バッテル充電フラグがオフで、所定速
度（例えば２２ｋｍ）以下の車速で、目標駆動力ｔＰｄ
が所定のエンジン始動閾値Ｐ１以下であれば、エンジン
への燃料供給をフェールカットしモータのみで走行する
「モータ走行モード」を選択する（ステップ４０７，４
０８，４０９）。

【００２７】上記以外の場合に、バッテリ充電フラグが
オンであれば、エンジンによる走行を行いつつ、発電機
による発電でバッテリ充電を行う「エンジン走行＋発電
モード」を選択する（ステップ４１０）。バッテリ充電
フラグがオフで、目標駆動力ｔＰｄが、所定のモータア
シスト閾値Ｐ２より大きければエンジンとモータによる
走行を行う「エンジン＋モータ走行モード」を選択し、
ｔＰｄがＰ２以下ならばエンジンのみの走行を行う「エ
ンジン走行モード」を選択する（ステップ４１１）。

【００２８】回生モード以外の走行モードでは、エンジ
ンあるいはモータ、発電機の回転数、軸トルクと、ＣＶ
Ｔ変速比、クラッチの接続／切断を、時々の指定される
ｔＰｄの駆動出力を実現しつつ消費エネルギが最小にな
るように制御する。

【００２９】回生モードでは、アクセル踏み角ＡＰＳが
０で、時々の指定される目標駆動出力ｔＰｄ（≦０）、
即ち、減速仕事を実現するようにモータによる回生発電
力を制御する。モータ回生の限界を上回る減速仕事が必
要な場合には、不足する制動力を制動装置１１１により
発生するように制御する。

【００３０】以上が図４に示されたブロック３０６の処
理の詳細である。

【００３１】つぎにブロック３０３の処理の詳細を、図
５を用いて説明する。

【００３２】ステップ５０１では、ブロック３０２から
得た経路上の標高推移をもとに、経路上の勾配変化点を
を抽出、変化点間を単位区間に設定する（イニシャル処
理）。

【００３３】続くステップ５０３から５１７を、走行中
新しい単位区間に差し掛かるたびに実行する。

【００３４】ステップ５０３では、車両が平坦な単位区
間に進入したかを判定する。平坦でなければ発電開始閾
値ｅＬ１と発電終了閾値ｅＬ２をともに所定の標準値に
設定する（ステップ５１７）。平坦区間に進入した場
合、ステップ５０５から５１３を実行する。

【００３５】ステップ５０５では、予想走区経路のたど
り、登降坂区間を間に挟む、つづくＮ個目までの平坦区
間までをバッテリ充電（回生システムエネルギ貯蔵）に
関する計画区間に設定する。ここで、全走行経路に含ま
れる平坦な単位区間の総延長と、標高変化の大きさの割
合を経路の複雑度Ｃとして、複雑度Ｃが大であるほどＮ
を大きくする。Ｎは最小でも１である。数１に複雑度Ｃ
を定める。図９に複雑度ＣとＮの関係を図示する。ここ
で、全走行経路に対して複雑度を求める代りに、現地点
から所定の距離の経路に関して、平坦区間距離と標高変
化の大きさ割合で複雑度を求めても良い。

【００３６】

【数１】

【００３７】ステップ５０７では、計画区間内の各単位
区間ｉの走行に要するバッテリ電気量Ｗｂｍ（ｉ）を以
下の数２から数４より算出する。

【００３８】

【数２】

【００３９】数２により区間走行時の出力Ｐｄ（ｉ）の
予測値が与えられる。ここでＰｌｏｓｓ（ｉ）は車重と
車速から予測した走行抵抗に対抗するための出力、Ｐｖ
（ｉ）は車速推移から予測した運動エネルギ増加に要す
る出力、Ｐｈ（ｉ）は標高推移から定まる位置エネルギ
増加に要する出力である。

【００４０】Ｐｄ（ｉ）より、単位区間走行時のモータ
仕事量Ｗｍｄ（ｉ）が数３のように定まる。

【００４１】

【数３】

【００４２】ここでαは、Ｐｄ（ｉ）の駆動出力をなす
ときのモータ出力割合で、制御ロジックにより定まる値
である。Ｗｍｄ（ｉ）に回転電機とバッテリ固有のエネ
ルギ効率項をかけることで、バッテリの仕事量Ｗｂｍ
（ｉ）が数４のように求まる。

【００４３】

【数４】

【００４４】ステップ５０９では、バッテリ電気量の累
積から、計画区間を走り切るのに必要な電力量Ｗｍａｘ
を、数５から算出する。このＷｍａｘと標準的なｅＬ１
の値を比較し、大きい方を発電開始閾値ｅＬ１の値とす
る。

【００４５】

【数５】

【００４６】ステップ５１１では、バッテリ電気量の累
積から、計画区間を走り切る間に得られるバッテリへの
回生電力の最大量Ｗｍｉｎを、数６から算出する。バッ
テリ実用最大容量ＥｍａｘからＷｍｉｎを引いた値と、
標準的なｅＬ２の値を比較し、小さい方を発電終了閾値
ｅＬ２の値とする。

【００４７】

【数６】

【００４８】ステップ５１３では、以上もとめた発電開
始閾値ｅＬ１と発電終了閾値ｅＬ２の値が逆転していた
ら、ｅＬ１≦ｅＬ２の関係が保たれるように修正する。

【００４９】ステップ５１５では、以上のステップ５０
３からステップ５１３および５１７で求めた閾値ｅＬ
１、ｅＬ２をブロック３０６に出力する。

【００５０】以上が、図５に示したブロック３０３の処
理の詳細である。

【００５１】以下に本発明の効果を、図６のような登降
坂を含む経路について例示する。本発明の制御によっ
て、該当部分の走行経路が図７のように単位区間１から
５に分割される。本例において、平坦区間の長さに対し
て標高変化は十分に小さく、ステップ５０５で求めると
ころのＮは１である。エネルギ貯蔵計画範囲は、走行に
要するエネルギが十分小さくエネルギ貯蔵が可能な平坦
区間から次の平坦区間までの範囲となる。本実施の形態
において、各区間の走行に必要なバッテリ電気量は、平
坦区間１について０ｋＷｈ、登坂区間２について１．０
３２５５ｋＷｈ、平坦区間３について０ｋＷｈ、降坂区
間４において−０．９９１２２ｋＷｈ（回生）である。

【００５２】このとき、本発明の制御バッテリ充電残量
は図８のように推移する。また、図８には本発明の制御
を行わず、常に充電残量をバッテリ容量の中心値にとる
制御を行った場合の充電残量の推移も比較のために示
す。図９の特性図には計画平坦区間数Ｎと走行路の複雑
度Ｃとの関係を示す。

【００５３】

【発明の効果】以上のように本発明の制御を行うこと
で、登坂の途中に電力が不足、即ち、運転性が劣化する
ことがなくなる。また、降坂での回生を過充電により失
うこともなく、総消費エネルギの削減されことが分か
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例に係わる車両の構成図である。

【図２】本発明の実施例に係わる車両の車両制御装置の
構成図である。

【図３】本発明の実施の形態の制御処理のブロック図で
ある。

【図４】本発明の実施の形態の制御処理のフロー図であ
る。

【図５】本発明の実施の形態の制御処理のフロー図であ
る。

【図６】本発明の実施の形態の効果を例示するための図
である。

【図７】本発明の実施の形態の効果を例示するための図
である。

【図８】本発明の実施の形態の効果を例示するための図
である。

【図９】本発明の実施の形態の効果である計画平坦区間
数Ｎと走行路の複雑度Ｃとの関係を示す特性図である。

【符号の説明】

１００…クラ動力伝達軸、１０１…エンジン、１０３…
発電機、１０５…モータ、１０７…バッテリ、１０８…
ＣＶＴ、１０９…走行輪。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者射場本正彦茨城県ひたちなか市大字高場2520番地株式会社日立製作所自動車機器グループ内Ｆターム(参考） 3G093 AA06 AA07 AA16 BA19 DA06 DB00 DB05 DB15 DB18 EA05 FA10 FA11 FB02 5H115 PA12 PC06 PG04 PI16 PI22 PI29 PO02 PO06 PO17 PU01 PU22 PU24 PU25 QE04 QE05 QE10 QI04 QI07 QN03 RB08 RE03 SE04 SE05 SE06 TB01 TD01 TI02 TI10 TO21 TO23 TO30 TR19 TU16 TU17 UI13 UI23

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】車両の力学的エネルギ或いはエンジン出
力を変換、貯蔵、出力する回生システムとエンジンを備
えたハイブリッド車両において、回生システム貯蔵エネ
ルギ量の上下限を、現在及び将来の走行環境に基づき変
更するエネルギ貯蔵計画を行うことを特徴としたハイブ
リッド車両制御方法。
【請求項２】車両の力学的エネルギ或いはエンジン出
力を変換、貯蔵、出力する回生システムとエンジンとを
備えたハイブリッド車両において、予期される走行環境
に基づき走行経路を単位区間に分割し、少なくとも一つ
のエネルギ貯蔵可能区間を含む複数個の単位区間からな
るエネルギ貯蔵計画区間を設定し、計画区間単位でエネ
ルギ最適化を行うことを特徴としたハイブリッド車両制
御方法。
【請求項３】予測走行経路及びその周囲の地形変化の
複雑度に応じて、エネルギ貯蔵計画区間を延長すること
を特徴とした請求項２に記載のハイブリッド車両制御方
法。
【請求項４】車両の力学的エネルギ或いはエンジン出
力を変換、貯蔵、出力する回生システムとして、回転電
機と蓄電池、弾性体、圧縮エア、フライホイール、油圧
ポンプなどを用いることを特徴とした請求項１から３の
いずれか１項に記載のハイブリッド車両制御方法。