JP2004332661A

JP2004332661A - ハイブリッド車両の駆動制御装置

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Publication number: JP2004332661A
Application number: JP2003131455A
Authority: JP
Inventors: Susumu Komiyama; 晋小宮山; Hideaki Inoue; 秀明井上; Hiroshi Iwano; 岩野　　浩; Ichiro Yamaguchi; 一郎山口; Taketora Negome; 竹虎根米
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 2003-05-09
Filing date: 2003-05-09
Publication date: 2004-11-25
Anticipated expiration: 2023-05-09
Also published as: US7055636B2; JP3700710B2; US20040251065A1

Abstract

【課題】エンジン走行中の駆動仕事率に対する燃料消費率をより正しく求め、燃費の向上を図る。
【解決手段】運転状態に応じて目標駆動力を演算する目標駆動力演算手段Ｐ１７と、目標駆動力を実現可能なエンジン及び駆動モータの動作点での単位仕事率あたりの燃料消費率を演算する燃料消費率演算手段と、目標とする燃料消費率を設定する目標燃料消費率設定手段と、目標燃料消費率と等しい燃料消費率を実現できる動作点を選択する動作点選択手段と、この動作点に基づいてエンジン及び駆動モータを制御する動作点実現手段とを備え、動作点選択手段は、目標燃料消費率と等しい燃料消費率を実現できる動作点が存在しない場合には、蓄電装置を充電する電力に対する燃料消費率のみを実際より小さな値として扱って目標駆動力から駆動仕事率を求め、この駆動仕事率に対する燃料消費率を補正し、駆動仕事率に対する燃料消費率が最小となる動作点を選択する。
【選択図】図９

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関とモータジェネレータを組み合わせたハイブリッド車両の駆動制御の改良に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来のハイブリッド車両としては、例えば、特開２００２−１７１６０４号公報に開示されるものが知られている。
【０００３】
ハイブリッド車両に搭載したエンジンの動作点（回転速度とトルク）を決定する装置として、「単位仕事率当りの燃料消費率（＝単位仕事当りの燃料消費量）」を目標値に一致させるものがある。
【０００４】
この装置では、「単位仕事率当りの燃料消費率」が予め設定した目標値と一致する運転点でエンジンを運転し、余剰となるエンジンパワーを電力としてバッテリに蓄電する一方、そのような運転点が存在しない場合、エンジンを停止してモータで車両を駆動する。
【０００５】
バッテリの電力は、「単位仕事率当りの燃料消費率」が目標値と一致する運転点でエンジンを運転しながら充電したものなので、このようにしてエンジン運転点を決定すれば、バッテリを充電しながらエンジン走行するときもバッテリを放電させながらモータ走行するときも常に一定（目標）の「単位仕事率当りの燃料消費率」で走行することができ、燃費向上を実現できる。
【０００６】
【特許文献１】
特開２００２−１７１６０４号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記従来例では、シリーズハイブリッドとパラレルハイブリッドシリーズハイブリッド車両においては、駆動モータに供給する電力をエンジン＋発電モータで発電してもバッテリから直接供給しても、駆動モータでは同じ損失が発生するので、「単位仕事率あたりの燃料消費率」は駆動モータに供給する電力に対して定義することができる。このためバッテリの電力を用いる場合の「単位仕事率（電力）あたりの燃料消費率」は、バッテリを充電する際の「単位仕事率（電力）あたりの燃料消費率」と等しくなる。
【０００８】
このためエンジンを動作させた時の全動作点の中に設定した「単位仕事率あたりの燃料消費率」と等しくなる動作点が存在しない場合であっても、バッテリから電力を供給すれば「単位仕事率（電力）あたりの燃料消費率」で走行することが可能であった。
【０００９】
しかし、図１２に示すような、従来のパラレルハイブリッド車両においては、タイヤから路面に伝わる駆動パワーを直接エンジンもしくは駆動モータから出力することができるので、「単位仕事率あたりの燃料消費率」は駆動モータに供給する電力に対して定義することは出来ず、タイヤから路面に伝わる駆動パワーに対して定義することになる。
【００１０】
このためエンジンを動作させた時の全動作点の中に設定した「単位仕事率（駆動パワー）あたりの燃料消費率」と等しくなる動作点が存在しない場合、シリーズハイブリッド車両のようにＥＶ走行しても設定した「単位仕事率（駆動パワー）あたりの燃料消費率」とすることが出来ない。つまりＥＶ走行における「単位仕事率（駆動パワー）あたりの燃料消費率」は、バッテリを充電する際の「単位仕事率（電力）あたりの燃料消費率」とは等しくならずに、それに駆動モータで発生する損失を加えなければならない。
【００１１】
しかしながら、上記従来例では、設定した「単位仕事率あたりの燃料消費率」になる動作点が存在しない場合、どの動作点を選択するべきかが明確になっていないので、エンジン走行中の駆動仕事率に対する燃料消費率をより正しく求めることができない、という問題があった。
【００１２】
そこで、本発明は上記問題点に鑑みてなされたもので、エンジン走行中の駆動仕事率に対する燃料消費率をより正しく求め、燃費の向上を図ることを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明は、エンジンと駆動モータを変速手段で連結したパラレルハイブリッド車両の駆動制御装置において、運転状態に応じて目標駆動力を演算する目標駆動力演算手段と、前記目標駆動力を実現するのに取り得るすべてのエンジン及び駆動モータの動作点での単位仕事率あたりの燃料消費量または燃料消費率を演算する燃料消費率演算手段と、運転状態に基づいて目標とする燃料消費率を設定する目標燃料消費率設定手段と、前記目標燃料消費率と等しい燃料消費率を実現できる動作点を選択する動作点選択手段と、前記選択された動作点に基づいて前記エンジン及び駆動モータを制御する動作点実現手段と、を備え、前記動作点選択手段は、目標燃料消費率と等しい燃料消費率を実現できる動作点が存在しない場合には、前記蓄電装置を充電する電力に対する燃料消費率のみを実際より小さな値として扱って、前記目標駆動力から駆動仕事率を求め、この駆動仕事率に対する燃料消費率を補正し、駆動仕事率に対する燃料消費率が最小となる動作点を選択してエンジンまたは駆動モータを制御する。
【００１４】
【発明の効果】
したがって、本発明によれば、一般的な変速手段を用いたパラレルハイブリッド車両において、動作点選択手段を目標燃料消費率と等しい燃料消費率を実現できる動作点が存在しない場合には、蓄電装置を充電する電力に対する燃料消費率のみを実際より小さな値として扱って、駆動仕事率に対する燃料消費率を補正し、駆動仕事率に対する燃料消費率が最小となる動作点を選択するようにしたので、ＥＶ走行とエンジン走行の判定を行うに当たって、エンジン走行中の駆動仕事率に対する燃料消費率をより正しく求めることができて、ハイブリッド車両の燃費の向上を図ることができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態を添付図面に基づいて説明する。
【００１６】
図１に本発明を適用するパラレルハイブリッド車両の構成を示す。
【００１７】
エンジン１の出力軸は発電モータ２の回転軸に連結されており、発電モータ２の回転軸はクラッチ３を介して変速機４の入力軸に連結されている。変速機４の出力軸には駆動モータ５の回転軸が連結されている。変速機４は無段変速機構と差動機構とから構成されるもので、その出力軸が車軸６（駆動輪が取り付けられる軸）になっている。発電モータ２および駆動モータ５はバッテリ７と電気的に接続されている。
【００１８】
コントローラ８は、アクセル開度センサ９からのアクセル開度（ＡＰＳ）信号、回転速度センサ１０からの変速機入力軸回転速度（ｒＮｔｉ）信号および変速機出力軸回転速度（ｒＮｔｏ）信号、電力センサ１１からのバッテリ入出力電力信号等を受け取り、これらの信号に基づいて、目標エンジントルク、目標発電モータトルク、目標駆動モータトルクおよび目標変速比を算出し、これらの目標値に基づいてエンジン１のスロットル開度、発電モータ２の制御電流、駆動モータ５の制御電流、変速機４を制御する。
【００１９】
図２にコントローラが実行する処理の概要を表すフローチャートを示す。このフローチャートは、所定の周期（数十ｍｓｅｃなど）で実行されるものである。
【００２０】
ステップＳ１では、アクセル開度ＡＰＳと変速機出力軸回転速度ｒＮｔｏ［ｒａｄ／ｓ］とに基づいて目変速機出力軸トルクｔＴｔｏ［Ｎｍ］を算出する。具体的には、アクセル開度ＡＰＳと変速機出力軸回転速度ｒＮｔｏに対応させて目変速機出力軸トルクｔＴｔｏを記憶させてある制御マップから値をルックアップする。なお、目標変速機出力軸トルクｔＴｔｏは、車軸６における車両駆動トルクの目標値である。また、変速機出力軸回転速度は車速に比例する。
【００２１】
ステップＳ２では、目標変速機出力軸トルクｔＴｔｏに変速機出力軸回転速度ｒＮｔｏを乗じて目標変速機出力軸パワーｔＰｔｏ［Ｗ］を算出する。
【００２２】
ステップＳ３では、目標変速機出力軸パワーｔＰｔｏとバッテリ充電状態ｒＳＯＣ［％］とに基づいて目標エンジンパワーｔＰｅ［Ｗ］を算出する。この演算の詳細については後述する。
【００２３】
ステップＳ４では、目標エンジンパワーｔＰｅに基づいてクラッチ３の締結・非締結を判断する。具体的には、目標エンジンパワーｔＰｅが０（エンジン停止）であるときクラッチ３を非締結とし、それ以外のときに締結とする。
【００２４】
ステップＳ５では、目標エンジンパワーｔＰｅを変速機入力軸回転速度ｒＮｔｉで除して目標エンジントルクｔＴｅ［Ｎｍ］を算出する。なお、クラッチ３が締結されている場合、変速機入力軸回転速度はエンジン回転速度と等価になる。
【００２５】
ステップＳ６では、実エンジンパワーｒＰｅ［Ｗ］が目標変速機入力軸パワーｔＰｔｉ［Ｗ］以上か否かを判断する。なお、実エンジンパワーｒＰｅは目標エンジンパワーｔＰｅの履歴とエンジン１の出力応答特性とに基づいて推定した現在のエンジンパワーである。
【００２６】
また、目標変速機入力軸パワーｔＰｔｉは目標変速機出力軸パワーｔＰｔｏを変速機４の伝達効率Ｅｔ［％］で除したものである。伝達効率Ｅｔは変速機４の実変速比ｒＲ（＝ｒＮｔｉ／ｒＮｔｏ）に応じて定まる値を使用する。
【００２７】
ステップＳ６で実エンジンパワーｒＰｅが目標変速機４入力軸パワーｔＰｔｉ以上である場合はステップＳ７へ進み、実エンジンパワーｒＰｅから目標変速機入力軸パワーｔＰｔｉを減じて目標発電モータパワーｔＰｇｉ［Ｗ］を算出する。また、目標駆動モータパワーｔＰｍｏ［Ｗ］を０にする。
【００２８】
ステップＳ６で実エンジンパワーｒＰｅが目標変速機入力軸パワーｔＰｔｉより小さい場合はステップＳ８へ進み、目標発電モータパワーｔＰｇｉを０にする。また、目標変速機入力軸パワーｔＰｔｉから実エンジンパワーｒＰｅを減じて目標駆動モータパワーｔＰｍｏを算出する。実エンジンパワーｒＰｅが０である場合、目標変速機入力軸パワーｔＰｔｉは全て駆動モータ５のパワー（バッテリから放電される電力）によってまかなわれる。この状態をＥＶ走行と称する。
【００２９】
ステップＳ９では、目標発電モータパワーｔＰｇｉを変速機入力軸回転速度ｒＮｔｉで除して目標発電モータトルクｔＴｇ［Ｎｍ］を算出する。また、目標駆動モータパワーｔＰｍｏを変速機出力軸回転速度ｒＮｔｏで除して目標駆動モータトルクｔＴｍ［Ｎｍ］を算出する。
【００３０】
ステップＳ１０では、目標変速機入力軸回転速度ｔＮｔｉを算出する。具体的には、目標エンジンパワーｔＰｅを最良の効率（燃費）で実現するエンジン運転点における回転速度をｔＮｔｉとして算出する。
【００３１】
ステップＳ１１では、目標変速機入力軸回転速度ｔＮｔｉを変速機出力軸回転速度ｒＮｔｏで除して変速機４の目標変速比ｔＲを算出する。
【００３２】
図３に上記ステップＳ３で行われる処理の詳細を示す。
【００３３】
ステップＳ３１では、バッテリ７の充電状態ｒＳＯＣに応じて効率パラメータαの目標値ｔαを設定する。具体的には、バッテリ充電状態ｒＳＯＣがその目標値ｔＳＯＣ（例えば５０％）より低いときは効率パラメータ目標値ｔαの値を大きくし、高いときは小さくする。バッテリ充電状態ｒＳＯＣはバッテリ入出力電力信号の履歴から算出することができる。
【００３４】
なお、効率パラメータα［ｃｃ／Ｊ］は、単位有効エネルギ［Ｊ］当りの燃料消費量［ｃｃ］であり、本発明では、車両の駆動に直接関わる駆動エネルギとバッテリ７に充電される電気エネルギとの和を有効エネルギとする。
【００３５】
ステップＳ３２では、現在の車速（∝変速機出力軸回転速度ｒＮｔｏ）を条件として、目標変速機出力軸パワーｔＰｔｏに対応する効率曲線Ｃ１（図４参照）を求める。
【００３６】
図４の効率曲線Ｃ１は、エンジンパワーＰｅに対し効率パラメータαをプロットしてできる曲線であり、図中点Ａはバッテリ７に充電される充電電力Ｐｂｉ［Ｗ］が０となるエンジンパワーＰｅにおける効率パラメータαを示し、点Ｂは最大エンジンパワーＰｅｍａｘにおける効率パラメータαを示す。任意のエンジンパワーＰｅにおける効率曲線Ｃ１上の効率パラメータαは、以下の式で算出することができる。
【００３７】
α＝Ｆ／（Ｐｔｏ＋Ｐｂｉ） ………（１）
Ｆはエンジンの燃料消費率［ｃｃ／ｓ］であり、エンジンパワーＰｅを最良燃費で実現するエンジン運転点における値を使用する。バッテリ充電電力Ｐｂｉ［Ｗ］は以下の式で算出することができる。
【００３８】
Ｐｂｉ＝（Ｐｅ−Ｐｔｉ）×Ｅｇ×Ｅｂｉ ………（２）
Ｅｇは発電モータ２の発電効率［％］であり、エンジンパワーＰｅを最良燃費で実現するエンジン運転点の回転速度と発電モータパワー（＝Ｐｅ−Ｐｔｉ）とに応じた値を使用する。Ｅｂｉはバッテリ７の充電効率［％］であり、現在のバッテリ状態（充電状態ＳＯＣ、温度等）に応じた値を使用する。Ｐｔｉは変速機入力軸パワー［Ｗ］であり、目標変速機出力軸パワーＰｔｏを変速機４の伝達効率Ｅｔで除したものである。伝達効率Ｅｔは、エンジンパワーＰｅを最良燃費で実現するエンジン運転点の回転速度を変速機出力軸回転速度ｒＮｔｏで除して得られる変速比に対応する値を使用する。
【００３９】
複数のエンジンパワーＰｅについて効率パラメータαを算出することで、点Ａから点Ｂまでの効率曲線Ｃ１を求めることができる。
【００４０】
ステップＳ３３では、図４の効率曲線Ｃ１上に、効率パラメータ目標値ｔαと一致するエンジンパワーＰｅが存在するか否か（図４の点Ｃが存在するか否か）を判断する。
【００４１】
ステップＳ３３で点Ｃが存在する場合はステップＳ３４へ進み、点ＣのエンジンパワーＰｅを目標エンジンパワーｔＰｅとする。
【００４２】
一方、ステップＳ３３で点Ｃが存在しない場合（すなわち、効率曲線Ｃ１が図４の破線のような曲線である場合）はステップＳ３５へ進み、現在の車速（∝変速機出力軸回転速度ｒＮｔｏ）を条件として、目標変速機出力軸パワーｔＰｔｏに対応する効率曲線Ｃ２（図５参照）を求める。図５に示す効率曲線Ｃ２は、エンジンパワーＰｅに対し効率パラメータβをプロットしてできる曲線である。なお、効率パラメータβ［ｃｃ／Ｊ］は単位駆動エネルギ当りの燃料消費量である。
【００４３】
図５の効率曲線Ｃ２上の効率パラメータβを算出する場合、バッテリ７に充電される単位電気エネルギ当りの燃料消費量の値は目標効率パラメータｔαの値と等しいと仮定する。すなわち、１［Ｊ］の電気エネルギを充電するのにｔα［ｃｃ］の燃料を消費すると仮定する。このような条件のもと、任意のエンジンパワーＰｅにおける効率曲線Ｃ２上の効率パラメータβは以下の式で算出することができる。
【００４４】
β＝Ｆ１／ｔＰｔｏ ………（３）
Ｆ１は、駆動パワーに対する燃料消費率［ｃｃ／ｓ］であり、総燃料消費率Ｆからバッテリ充電電力Ｐｂｉに対する燃料消費率Ｆ２［ｃｃ／ｓ］を減じることで算出することができる。
【００４５】
燃料消費率Ｆ２は、上述の仮定に基づき、以下の式で算出する。
【００４６】
Ｆ２＝ｔα×Ｐｂｉ ………（４）
バッテリ充電電力Ｐｂｉは上記ステップＳ３２と同じ方法で算出することができる。
【００４７】
複数のエンジンパワーＰｅについて効率パラメータβを算出することで、図５の点ａから点ｂまでの効率曲線Ｃ２を求めることができる。
【００４８】
ステップＳ３６では、効率曲線Ｃ２上で最も効率パラメータβが小さくなる点Ｄを探し、この点Ｄにおける効率パラメータβ（Ｄ）がＥＶ走行の効率パラメータβｅｖ以下か否かを判断する。効率パラメータβｅｖは以下の式で算出することができる。
【００４９】
βｅｖ＝ｔα／Ｅｂｏ／Ｅｍ ………（５）
Ｅｂｏはバッテリ７の放電効率［％］であり、現在のバッテリ状態（充電状態ＳＯＣ、温度等）に応じた値を使用する。Ｅｍは駆動モータ５の力行効率［％］であり、ＥＶ走行における駆動モータ運転条件（変速機出力軸回転速度ｒＮｔｏ、目標変速機出力軸パワーｔＰｔｏ）に応じた値を使用する。
【００５０】
ステップＳ３６で効率パラメータβ（Ｄ）が効率パラメータβｅｖ以下である場合はステップＳ３７へ進み、点ＤのエンジンパワーＰｅを目標エンジンパワーｔＰｅとする。
【００５１】
ステップＳ３６で効率パラメータβ（Ｄ）が効率パラメータβｅｖ以下でない場合はステップＳ３８へ進み、目標エンジンパワーｔＰｅを０にする。
【００５２】
以上のように、先ずは単位有効エネルギ当りの燃料消費量を目標効率パラメータｔαに一致させるよう目標エンジンパワーｔＰｅを決定し、条件を満たすエンジン運転点が存在しない場合は単位駆動エネルギ当りの燃料消費量を比較することでＥＶ走行するか否かを判断する。
【００５３】
この判断を行う際、エンジン走行については、バッテリに充電される電気エネルギの効率と駆動エネルギの効率とを別個の効率として扱い、単位電気エネルギ当りの燃料消費量が目標効率パラメータｔαに一致するという仮定のもとに単位駆動エネルギ当りの燃料消費量を算出する。
【００５４】
また、ＥＶ走行については、バッテリの電気は目標効率パラメータｔαの条件下で充電されたものであると仮定し、この目標効率パラメータｔαをバッテリ電力使用時の効率（バッテリ放電効率Ｅｂｏと駆動モータ力行効率Ｅｍ）で除して単位駆動エネルギ当りの燃料消費量を算出する。
【００５５】
なお、上記図５の効率曲線Ｃ２を求める際の仮定として、バッテリ７に充電される単位電気エネルギ当りの燃料消費量の値を目標効率パラメータｔαの値としたが、実際の値（効率曲線Ｃ１）より小さい値を設定すればある程度の効率改善効果が得られる。また、目標効率パラメータｔαより大きな値を設定した場合はＥＶ走行の選択頻度が少なくなり、小さな値を設定した場合はＥＶ走行の選択頻度が多くなる。
【００５６】
図６は、第２の実施形態を示し、前記第１実施形態の発電モータ２とエンジン１を遊星歯車２０で連結したパラレルハイブリッド車両の構成図を示す。なお、この第２実施形態は、請求項２に対応する。
【００５７】
この構成では前記第１実施形態のクラッチ３と変速機４に代わって、遊星歯車２０を採用したものである。
【００５８】
パワートレインはエンジン１と発電モータ２と駆動モータ５を主体に構成され、これらはすべて遊星歯車２０により機械的に接続されている。
【００５９】
この遊星歯車２０は、図７で示すように、エンジン１が遊星歯車２０のキャリア２１に連結され、発電モータ２はサンギア２２に、駆動モータ５はリングギア２３にそれぞれ連結されており、リングギア２３はファイナルギヤ１２を介してタイヤ（駆動輪）１３に接続されている。
【００６０】
エンジン１のトルクは統合コントローラ８’から出力されるエンジントルク指令値に基づきエンジンコントローラ８３がスロットル開度を制御して制御する。またエンジン１、発電モータ２、駆動モータ５の回転速度は、図８に示すような共線図で示され、エンジン１の回転速度は図８の関係を踏まえ、発電モータ２の回転速度を制御する。なお図８のα、βはサンギア２２とリングギア２３のギア比である。
【００６１】
遊星歯車２０は、発電モータ２と駆動モータ５の回転速度を制御することで、エンジン１の回転速度を制御し、エンジン１と駆動軸６の速度比を制御する変速手段として機能する。
【００６２】
バッテリコントローラ８１はバッテリ（蓄電装置）７の電圧・電流を検出し、バッテリ充電状態ｒＳＯＣと入出力可能電力を演算し統合コントローラ８’に送る。また、駆動モータコントローラ８４は統合コントローラ８’のモータトルク指令値に基づき駆動モータ５のトルクをベクトル制御する。なお、ベクトル制御とは、定常時はもちろん過度期においても磁束とトルクの干渉をなくし、トルクを指令値どおり忠実に制御するものである。
【００６３】
さらに、統合コントローラ８’にはアクセルペダルの踏み込み位置（ＡＰＳ）を検出するアクセル開度センサ９と車速を検出する車速センサの信号が入力される。
【００６４】
図９は図６の統合コントローラ８’で行なう本発明の制御ブロック図である。なお本制御ブロックは一定時間（例えば１０［ｍｓｅｃ］）毎にすべて演算するものとする。
【００６５】
まず、アクセル開度センサ９から検出したアクセル開度（ＡＰＳ）信号と車速センサ１４から検出した車速信号から、車軸駆動トルクＭＡＰ（Ｐ１６）を参照して目標車軸駆動トルクＴｐｄを求める。
【００６６】
この車軸駆動トルクＭＡＰは、予めアクセル開度ＡＰＳと車速ごとに決まる目標駆動力にタイヤ１３の半径を乗じて車軸駆動トルクに変換した値を予め設定したものである。
【００６７】
次に、乗算部Ｐ１７では、目標車軸駆動トルクＴｐｄに車速から求まる車軸回転速度を乗じて目標駆動パワーＰｐｄを求める。なお車速センサ１４、アクセル開度センサ９、車軸駆動トルクＭＡＰ（Ｐ１６）、乗算部Ｐ１７が目標駆動力演算手段に相当する。
【００６８】
目標エンジンパワー演算部Ｐ１８では、蓄電装置コントローラ８１で求めたバッテリ７の蓄電状態（ＳＯＣ）と目標駆動パワーＰｐｄに応じて、目標エンジン出力ＭＡＰ１８を参照して目標エンジン出力Ｐｅｎｇを求める。本発明のポイントはこの目標エンジン出力Ｐｅｎｇの求め方にあるので、以下で目標エンジン出力ＭＡＰ１８の作成方法について詳細に説明する。
【００６９】
まず、任意の車速で任意の目標駆動パワーＰｐｄを出力する場合を考える。はじめにバッテリ７の充電電力が０［ｋＷ］（ダイレクト配電）の場合の「単位仕事率あたりの燃料消費率」を計算する。この場合の「単位仕事率あたりの燃料消費率［ｃｃ／ｋＪ］」は、
単位仕事率あたりの燃料消費率＝（エンジンで消費したガソリン消費量［ｃｃ／ｓ］）／（目標駆動パワーＰｐｄ［ｋＷ］） ………（６）
となる。
【００７０】
次に、バッテリ７の充電電力を１［ｋＷ］から順にバッテリ７の最大入力電力まで増やした場合の「単位仕事率あたりの燃料消費量」をそれぞれ計算する。バッテリ７を充電する場合の「単位仕事率あたりの燃料消費率［ｃｃ／ｋＪ］」は、
単位仕事率あたりの燃料消費率＝（エンジンで消費したガソリン消費量［ｃｃ／ｓ］）／｛（目標駆動パワーＰｐｄ［ｋＷ］）＋（蓄電装置への充電電力［ｋＷ］×蓄電装置の充電効率）｝ ………（７）
となる。
【００７１】
そして、各充電電力ごとに「単位仕事率あたりの燃料消費量」が最小となる値とその時の動作点を求める。
【００７２】
以上の作業を、任意の車速（７０［ｋｍ／ｈ］）における全目標駆動パワーについて計算したものを図１０に示す。この図より目標の燃料消費率を０．０６４５［ｃｃ／ｋＪ］とした場合、赤線で示した目標駆動パワーが１０〜２６［ｋＷ］の範囲ではバッテリ７の充電電力を変えることにより、目標の燃料消費率でエンジンを動作させることができる。すなわち目標駆動パワーが１０［ｋＷ］なら燃料消費率が目標の燃料消費率と等しくなるのは充電電力が１１［ｋＷ］の状態であり、目標駆動パワーが２６［ｋＷ］なら充電電力が０［ｋＷ］の状態である。
【００７３】
このように目標の燃料消費率が設定されたら、その燃料消費率となる動作点を選択することで、異なる運転状態であっても常に同じ「単位仕事率あたりの燃料消費量」で運転することができる。
【００７４】
本実施形態は、請求項９にも対応し、目標の燃料消費率をバッテリ７の蓄電状態（ＳＯＣ）に対応させており、蓄電状態が良い状態（ＳＯＣが高い）では目標の燃料消費率を低く設定し、効率を優先させて動作点を選択するのに対し、蓄電状態が悪い状態（ＳＯＣが低い）では目標の燃料消費率を高く設定し、効率より充電電力を優先させて動作点を選択している。この他に、蓄電状態ＳＯＣに対応させる以外の方法としては、ナビゲーションの情報やドライバーの設定により、走行パターンに応じて目標の燃料消費率を設定することもできる。なお、蓄電装置コントローラ８１は、蓄電状態検出手段に相当する。
【００７５】
一方、上記、図１０で目標駆動パワーが１０［ｋＷ］未満、または２６［ｋＷ］以上においては、充電電力を変えても目標の燃料消費率と等しくなる動作点は存在しない。従来例ではこのような場合、例えば目標駆動パワーが５［ｋＷ］なら、エンジンを停止してバッテリ７の電力を消費してモータで走行したが、本実施形態のようなパラレルハイブリッド車両においては、バッテリ７の電力を消費してモータで走行する場合の「単位仕事率あたりの燃料消費率」はモータの損失を考慮しなければならないので、
単位仕事率あたりの燃料消費率＝｛（目標駆動パワー［ｋＷ］）／（モータ効率［％］）×（目標の燃料消費率［ｃｃ／ｋＪ］）｝／（目標駆動パワー［ｋＷ］） ………（８）
となり、目標の燃料消費率よりモータの効率分だけ燃料消費率が悪化してしまう。
【００７６】
このため、上記図１０から目標駆動パワー５［ｋＷ］で目標の燃料消費率が０．０６４５［ｃｃ／ｋＪ］となる動作点が存在しないからといって、バッテリ７の電力を消費してモータで走行してしまうと「単位仕事率あたりの燃料消費率」はエンジンを動作させた場合よりも悪くなる場合が多く、当然燃費の悪化を招いてしまう。
【００７７】
そこで、図１０で目標の燃料消費率と等しくなる動作点が存在しない場合は、次のような比較を行なう。
【００７８】
まず、バッテリ７の電力を消費してモータで走行する場合の「単位仕事率あたりの燃料消費率」は上記（８）式の｛（目標駆動パワー［ｋＷ］）／（モータ効率［％］）×（目標の燃料消費率［ｃｃ／ｋＪ］）｝／（目標駆動パワー［ｋＷ］）に対し、エンジンを動作させた場合の「単位仕事率あたりの燃料消費率」は、バッテリ７を充電する電力に対する「単位仕事率あたりの燃料消費率」と、駆動パワーに対する「単位仕事率あたりの燃料消費率」を分けて考え、充電電力に対する「単位仕事率あたりの燃料消費率」は目標の燃料消費率と等しいとする。すなわち、
充電電力に対する燃料消費量［ｃｃ／ｓ］＝（充電電力［ｋＷ］）×（目標の燃料消費率［ｃｃ／ｋＪ］） ………（９）
となる。
【００７９】
このように、充電電力の燃料消費量を考えると駆動パワーの燃料消費量は（全ガソリン消費量［ｃｃ／ｓ］）−（充電電力に対する燃料消費量［ｃｃ／ｓ］）となり、駆動パワーに対する「単位仕事率あたりの燃料消費率」は｛（全ガソリン消費量［ｃｃ／ｓ］）−（充電電力に対する燃料消費量［ｃｃ／ｓ］）｝／（目標駆動パワー［ｋＷ］）となる。
【００８０】
こうして求めた駆動パワーに対する「単位仕事率あたりの燃料消費率」と、バッテリ７の電力を消費してモータで走行する場合の「単位仕事率あたりの燃料消費率」を比較して値が小さくなる方を選択すれば、無駄な充電でガソリンを消費することなく、かつバッテリ７の電力を消費してモータで走行する場合に発生するモータ損失も少なくすることができる。
【００８１】
図１１に駆動分の燃料消費率と充電電力の関係を示す。これは車速３０ｋｍ／ｈ、目標駆動パワー５［ｋＷ］の場合で、グラフのプロットの種類は目標の燃料消費率を示している。
【００８２】
折れ線が本発明により求めた駆動パワーに対する「単位仕事率あたりの燃料消費率」であり、横線がバッテリ７の電力を消費してモータで走行する場合の「単位仕事率あたりの燃料消費率」である。
図１１において、目標の燃料消費率が０．０６３［ｃｃ／ｋＪ］の場合（プロット＝▲）では、横線で示したバッテリ７の電力を消費してモータで走行する場合の「単位仕事率あたりの燃料消費率」の方が、折れ線で示した駆動パワーに対する「単位仕事率あたりの燃料消費率」の最小値より小さな値となるのでモータ走行を選択する。
【００８３】
一方、目標の燃料消費率が０．０６５［ｃｃ／ｋＪ］以上の場合では、横線で示したバッテリ７の電力を消費してモータで走行する場合の「単位仕事率あたりの燃料消費率」より、折れ線で示した駆動パワーに対する「単位仕事率あたりの燃料消費率」の最小値の方が小さな値となるので、エンジン走行を選択する。また、その時の充電電力は駆動パワーに対する「単位仕事率あたりの燃料消費率」が最小となる動作点（図１１に○で示す）を選択する。
【００８４】
なお、本実施形態では充電電力に対する「単位仕事率あたりの燃料消費率」を目標の燃料消費率として説明したが、目標の燃料消費率でなくても図１０に示した各動作点における実際の燃料消費率より小さい値を用いれば、燃費向上の効果がある。
【００８５】
なお、請求項２の発明では、充電電力に対する「単位仕事率あたりの燃料消費率」を実際の燃料消費率より小さな値を用いており、請求項４の発明では実際の燃料消費率未満、かつ目標の燃料消費率以上、請求項５の発明では目標の燃料消費率を用いている。当然燃費効果は請求項５＞請求項４＞請求項２となる。
【００８６】
以上の検討を全車速、全目標駆動パワーで行い、選択された動作点から目標のエンジン出力を決定し、それから図９で示した、目標エンジンパワー演算部Ｐ１８の目標エンジン出力ＭＡＰを作成する。
【００８７】
なお、目標エンジンパワー演算部Ｐ１８が各請求項に記載した燃料消費率演算手段に相当し、本実施形態では目標エンジンパワー演算部Ｐ１８で「単位仕事率あたりの燃料消費率」とバッテリ７の蓄電状態（ＳＯＣ）を対応させるところが各請求項の目標燃料消費率設定手段に相当する。
【００８８】
このようにして求めた目標エンジン出力Ｐｅｎｇは、図９の除算部Ｐ１９においてエンジンコントローラ８３で検出したエンジン１の実エンジン回転速度で除算し、エンジントルク指令値Ｔｅを求める。
【００８９】
エンジントルク指令値Ｔｅはエンジンコントローラ８３に送られ、その値に基づきエンジン１のスロット開度を制御してトルクを制御する。
【００９０】
なお、図９の目標エンジンパワー演算部Ｐ１８、除算部Ｐ１９、エンジンコントローラ８３がエンジントルク制御手段に相当する。
【００９１】
最良燃費回転速度決定部Ｐ２０では、最良燃費線ＴＡＢＬＥから目標エンジン出力Ｐｅｎｇを出力する際のエンジン１の運転点で、最も燃費のよい回転速度となるエンジン最良燃費回転速度Ｎｅを求め、その値を図８の共線図で示すαとβの関係から発電モータ２の回転速度に変換し、発電モータ回転速度指令値Ｎｇを求める（発電モータ回転速度決定部２１）。すなわち、発電モータ回転速度指令値Ｎｇは、
Ｎｇ＝−｛α・Ｎｍ−（α＋β）・Ｎｅ｝／β ………（１０）
Ｎｍ；駆動モータ回転速度
となる。
【００９２】
なお、最良燃費線ＴＡＢＬＥは目標エンジンパワー演算部Ｐ１８の目標エンジン出力ＭＡＰを作成する際に求めることが出来、システムによっては車速等の車両状態ごとに異なるＴＡＢＬＥが必要となる場合もある。
【００９３】
次に、演算部２１では発電モータ回転速度指令値Ｎｇと実発電モータ回転速度の差を求め、発電モータトルク演算部Ｐ２２で実発電モータ回転速度が発電モータ回転速度指令値と等しくなるような発電モータトルク指令値Ｔｇを求める。
【００９４】
発電モータトルク指令値Ｔｇは、発電モータコントローラＰ８に送られ、発電モータ２のトルクをベクトル制御する。なお、発電モータトルク指令値Ｔｇの具体的な求め方としては演算部Ｐ２１で算出した発電モータ回転速度指令値Ｎｇと実発電モータ回転速度の差をＰＩＤ制御で行っても良い。
【００９５】
一方、目標駆動トルク指令値演算部Ｐ２３では目標車軸駆動トルクＴｐｄを、図６で示したファイナルギア１２のギヤ比Ｇｆで除算し、駆動モータ軸上での目標駆動トルク指令値Ｔｍｄを求める。
【００９６】
駆動モータトルク演算部Ｐ２４では、発電モータトルク指令値Ｔｇと目標駆動トルク指令値Ｔｍｄから図８の共線図におけるトルクのバランスを考慮して、駆動モータトルク指令値Ｔｍを、
Ｔｍ＝Ｔｍｄ−（α／β）・Ｔｇ ………（１１）
より求める。
【００９７】
なお、発電モータトルク指令値Ｔｇの変わりに発電モータＰ２の推定トルクを用いたり、エンジン１の推定トルクを用いてもよい。エンジン１の推定トルクを用いる場合は、推定トルクをＴｅ‘とすると、
Ｔｍ＝Ｔｍｄ−α／（α＋β）・Ｔｅ‘ ………（１２）
となる。なお、駆動モータトルク指令値Ｔｍは駆動モータコントローラ８４に送られ、駆動モータ５のトルクをベクトル制御する。なお、除算部Ｐ１９、演算部Ｐ２１〜駆動モータトルク演算部Ｐ２４が、各請求項の目標燃料消費率と等しい燃料消費率を実現できる動作点を選択する動作点選択手段に相当し、エンジンコントローラ８３、発電機コントローラ８２、駆動モータコントローラ８４が各請求項の選択された動作点を実現する手段に相当する。
【００９８】
したがって、遊星歯車２０で構成された変速手段を用いたパラレルハイブリッド車両において、動作点選択手段を目標燃料消費率と等しい燃料消費率を実現できる動作点が存在しない場合に、蓄電装置（バッテリ７）を充電する電力に対する燃料消費率のみを実際より小さな値として扱って駆動仕事率に対する燃料消費率を補正し、駆動仕事率に対する燃料消費率が最小となる動作点を選択する手段としたので、ＥＶ走行とエンジン走行の判定において、エンジン走行中の駆動仕事率に対する燃料消費率をより正しく求めることができて、燃費の向上を図ることができる。
【００９９】
さらに、請求項４の発明によれば、請求項１、２における動作点選択手段を、目標燃料消費率と等しい燃料消費率を実現できる動作点が存在しない場合に、蓄電装置を充電する電力に対する燃料消費率のみを実際より小さく、かつ目標燃料消費率以上の値として扱って駆動仕事率に対する燃料消費率を補正し、駆動仕事率に対する燃料消費率が最小となる動作点を選択する手段発電モータを制御する手段としたので、上記請求項１、２のパラレルハイブリッド車両におけるＥＶ走行とエンジン走行の判定において、エンジン走行中の駆動仕事率に対する燃料消費率をより正しく求めることができて、燃費の向上を図ることができる。
【０１００】
また、請求項５の発明によれば、請求項４における動作点選択手段を、目標燃料消費率と等しい燃料消費率を実現できる動作点が存在しない場合に、蓄電装置を充電する電力に対する燃料消費率のみを目標燃料消費率と等しい値として扱って駆動仕事率に対する燃料消費率を補正し、駆動仕事率に対する燃料消費率が最小となる動作点を選択する手段発電モータを制御する手段としたので、請求項４のパラレルハイブリッド車両におけるＥＶ走行とエンジン走行の判定において、エンジン走行中の駆動仕事率に対する燃料消費率を正確に求めることができ、燃費の向上を図ることができる。
【０１０１】
次に、請求項６〜８に対応する第３の実施形態について説明する。
【０１０２】
第３の実施形態は、基本的に先に説明した第２実施形態において、車速０ｋｍ／ｈ、目標駆動力０Ｎとした場合に相当するが、第２実施形態との違いは、第２実施形態に対応する請求項２では、充電電力の燃料消費率を目標燃料消費率で補正して駆動分の燃料消費率を求め、駆動分の燃料消費率を最小とする動作点を選択してのに対し、本実施形態では駆動分ではなく、その動作点を実現するために消費する燃料消費量を最小とする動作点を選択することである。
【０１０３】
すなわち、エンジン回転速度１０００［ｒｐｍ］において１［ｋＷ］発電する場合を考えると、この動作点における燃料消費量を２［ｃｃ／ｓ］、目標燃料消費率を１［ｃｃ／ｋＪ］とすれば、発電分（１［ｋＷ］）の燃料消費量を発電量（１［ｋＷ］）×目標燃料消費率（１［ｃｃ／ｋＪ］）＝１［ｃｃ／ｓ］と考え、残りの１［ｃｃ／ｓ］（＝この動作点における燃料消費量２［ｃｃ／ｓ］−発電分の燃料消費量）を、この動作点を実現するために消費する燃料消費量として定め、この値が最小となる動作点を決定することになる。
【０１０４】
ただし、一般的に停車中の発電は、もともと効率良く行なうことが出来ない上、音振などの制約も多く、走行中に行なう発電より効率は落ちる。このため、燃費を向上させるためには停車中の発電は極力行なわないのが望ましい。しかしながら、バッテリ７の蓄電量（ＳＯＣ）管理のためや、出力可能電力の低下による動力性能の悪化を避けるために、停車中に発電を行なう必要が発生する。
【０１０５】
このような場合に本実施形態は適用され、音振などの制約を考慮した範囲で、上で説明した動作点を実現するために消費する燃料消費量が最小となる動作点を選択すればよい。
【０１０６】
こうして、車両の停止中に蓄電装置を充電するハイブリッド車両において、動作点選択手段を目標燃料消費率と等しい燃料消費率を実現できる動作点が存在しない場合に、各動作点における充電電力に対する燃料消費率を実際より小さな値として扱ってその動作点を実現するために消費する燃料消費量を求め、その燃料消費量が最小となる動作点を選択する手段としたので、不必要な停車中の発電を防止することができる。
【０１０７】
また、上記請求項７の発明によれば、前述の動作点選択手段を、目標燃料消費率と等しい燃料消費率を実現できる動作点が存在しない場合に、各動作点における充電電力に対する燃料消費率を実際より小さく、かつ目標燃料消費率以上の値として扱ってその動作点を実現するために消費する燃料消費量を求め、その燃料消費量が最小となる動作点を選択する手段としたので、さらに不必要な停車中の発電を防止することができる。
【０１０８】
請求項８の発明によれば、前述の動作点選択手段を、目標燃料消費率と等しい燃料消費率を実現できる動作点が存在しない場合に、各動作点における充電電力に対する燃料消費率を目標燃料消費率と等しい値として扱ってその動作点を実現するために消費する燃料消費量を求め、その燃料消費量が最小となる動作点を選択する手段としたので、不必要な停車中の発電を防止することができる。
【０１０９】
なお、上記実施形態において、バッテリ７の蓄電状態を検出する蓄電状態検出手段（電力センサ１１、蓄電装置コントローラ８１）を設け、目標燃料消費率設定手段は蓄電装置の蓄電状態が高いほど目標燃料消費率を小さな値に設定し、蓄電状態が低いほど目標燃料消費率を大きな値に設定する手段とし、蓄電状態に応じた目標燃料消費率が選択され、様々な走行モードで燃費の向上を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態を示すハイブリッド車両の概略構成図。
【図２】コントローラで行われる処理の概要を表すフローチャート。
【図３】目標エンジンパワー演算処理のサブルーチンを示すフローチャート。
【図４】目標変速機出力軸パワーと効率パラメータαの関係を示す効率曲線図。
【図５】目標変速機出力軸パワーと効率パラメータβの関係を示す効率曲線図。
【図６】第２の実施形態を示すハイブリッド車両の概略構成図。
【図７】同じく変速手段としての遊星歯車を示す概略構成図。
【図８】遊星歯車における発電モータ、エンジン、駆動モータの各回転速度の関係を示す共線図。
【図９】統合コントローラで行われる制御の機能ブロック図。
【図１０】目標駆動パワーと単位仕事率当たりの燃料消費率の関係を示すグラフ。
【図１１】充電電力と駆動分の燃料消費率の関係を示すグラフ。
【図１２】パラレルハイブリッド車両の要部概略図。
【符号の説明】
１エンジン
２発電モータ
４変速機
５駆動モータ
７バッテリ
８コントローラ

Claims

エンジンと駆動モータとを連結するとともに出力軸へ駆動力を伝達する変速手段と、
前記駆動モータと電力を授受する蓄電装置と、を備え、エンジンまたは駆動モータの少なくとも一方の動力を変速手段を介して出力軸に伝達するハイブリッド車両の駆動制御装置において、
運転状態に応じて目標駆動力を演算する目標駆動力演算手段と、
前記目標駆動力を実現するのに取り得るすべてのエンジン及び駆動モータの動作点での単位仕事率あたりの燃料消費量または燃料消費率を演算する燃料消費率演算手段と、
運転状態に基づいて目標とする燃料消費率を設定する目標燃料消費率設定手段と、
前記目標燃料消費率と等しい燃料消費率を実現できる動作点を選択する動作点選択手段と、
前記選択された動作点に基づいて前記エンジン及び駆動モータを制御する動作点実現手段と、を備え、
前記動作点選択手段は、前記目標燃料消費率と等しい燃料消費率を実現できる動作点が存在しない場合には、前記蓄電装置を充電する電力に対する燃料消費率のみを実際より小さな値として扱って、前記目標駆動力から駆動仕事率を求め、この駆動仕事率に対する燃料消費率を補正し、駆動仕事率に対する燃料消費率が最小となる動作点を選択することを特徴とするハイブリッド車両の駆動制御装置。
エンジンと発電モータとを連結した変速手段と、
変速手段の出力側または駆動軸に連結された駆動モータと、
前記駆動モータおよび発電モータと電力を授受する蓄電装置を備えたハイブリッド車両の駆動制御装置において、
運転状態に応じて目標駆動力を演算する目標駆動力演算手段と、
目標駆動力を実現するのに取り得るすべてのエンジン、発電モータ及び駆動モータの動作点での単位仕事率あたりの燃料消費量または燃料消費率を演算する燃料消費率演算手段と、
運転状態に基づいて目標とする燃料消費率を設定する目標燃料消費率設定手段と、
目標燃料消費率と等しい燃料消費率を実現できる動作点を選択する動作点選択手段と、
選択された動作点に基づいて前記エンジン及び駆動モータを制御するを実現する動作点実現手段を備え、
前記動作点選択手段は、目標燃料消費率と等しい燃料消費率を実現できる動作点が存在しない場合に、蓄電装置を充電する電力に対する燃料消費率のみを実際より小さな値として扱って駆動仕事率に対する燃料消費率を補正し、駆動仕事率に対する燃料消費率が最小となる動作点を選択する手段であることを特徴とするハイブリッド車両の駆動制御装置。
前記変速手段は、遊星歯車で構成されて、サンギア、キャリア、リンギアの各歯車要素に、エンジン、発電モータ、駆動モータがそれぞれ連結されたことを特徴とする請求項２に記載のハイブリッド車両の駆動制御装置。
前記動作点選択手段は、目標燃料消費率と等しい燃料消費率を実現できる動作点が存在しない場合に、蓄電装置を充電する電力に対する燃料消費率のみを実際より小さく、かつ目標燃料消費率以上の値として扱って駆動仕事率に対する燃料消費率を補正し、駆動仕事率に対する燃料消費率が最小となる動作点を選択することを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれかひとつに記載のハイブリッド車両の駆動制御装置。
前記動作点選択手段は、目標燃料消費率と等しい燃料消費率を実現できる動作点が存在しない場合に、蓄電装置を充電する電力に対する燃料消費率のみを実際より小さく、かつ目標燃料消費率と等しい値として扱って駆動仕事率に対する燃料消費率を補正し、駆動仕事率に対する燃料消費率が最小となる動作点を選択する手段であることを特徴とする請求項４に記載のハイブリッド車両の駆動制御装置。
エンジンに連結された発電モータと、
前記発電モータの発電電力を蓄える蓄電装置を備え、車両の停止中に前記蓄電装置を充電するハイブリッド車両の駆動制御装置において、
車両の停止中に取り得るすべてのエンジン、発電モータの動作点での単位充電電力あたりの燃料消費量（燃料消費率）を演算する燃料消費率演算手段と、
運転状態に基づいて目標とする燃料消費率を設定する目標燃料消費率設定手段と、
前記目標燃料消費率と等しい燃料消費率を実現できる動作点を選択する動作点選択手段と、
前記選択された動作点に基づいてエンジン及び発電モータを制御する動作点実現手段を備え、
前記動作点選択手段は、目標燃料消費率と等しい燃料消費率を実現できる動作点が存在しない場合に、各動作点における充電電力に対する燃料消費率を実際より小さな値として扱って、その動作点を実現するために消費する燃料消費量を求め、その燃料消費量が最小となる動作点を選択する手段であることを特徴とするハイブリッド車両の駆動制御装置。
前記動作点選択手段は、目標燃料消費率と等しい燃料消費率を実現できる動作点が存在しない場合に、各動作点における充電電力に対する燃料消費率を実際より小さく、かつ目標燃料消費率以上の値として扱ってその動作点を実現するために消費する燃料消費量を求め、その燃料消費量が最小となる動作点を選択することを特徴とする請求項６に記載のハイブリッド車両の駆動制御装置。
前記動作点選択手段は、目標燃料消費率と等しい燃料消費率を実現できる動作点が存在しない場合に、各動作点における充電電力に対する燃料消費率を目標燃料消費率と等しい値として扱ってその動作点を実現するために消費する燃料消費量を求め、その燃料消費量が最小となる動作点を選であることを特徴とする請求項７に記載のハイブリッド車両の駆動制御装置。
蓄電装置の蓄電状態を検出する蓄電状態検出手段を備え、
前記目標燃料消費率設定手段は、蓄電装置の蓄電状態が高いほど目標燃料消費率を小さな値に設定し、蓄電状態が低いほど目標燃料消費率を大きな値に設定することを特徴とする請求項１ないし請求項８のいずれか一つに記載のハイブリッド車両の駆動制御装置。