JP2006009588A - ハイブリット車両の駆動力制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】加速中に急激なエンジン出力の変化の少ないハイブリット車両を提供する。
【解決手段】エンジン１と、電力を蓄える蓄電装置６と、少なくとも蓄電装置６と電気的に接続し、車両に駆動力を与える駆動モータ３を備えたハイブリット車両において、蓄電装置６の蓄電状態を検出する蓄電装置コントローラ１０を備え、ハイブリット車両の加速時であり、蓄電装置６とエンジン１からの出力によって車両を駆動させる場合に、蓄電装置６から供給する電力とその時間を推定する。そして、蓄電装置６からの電力供給中に蓄電装置６からの電力が急激に変化しないように、蓄電装置６からの出力とエンジン１からの出力を制御する。
【選択図】 図１

Description

本発明はハイブリット車両に関するものであり、特に加速時の駆動力制御装置に関するものである。

従来、エンジンからの出力と蓄電装置からの電力によって電動モータを駆動させるハイブリット車両において、要求された駆動力に対してエンジンからの出力と蓄電装置からの電力によって電動モータが駆動している場合に、蓄電装置の蓄電量が不足した場合にエンジンの出力を上げて車両の駆動力が不足しないようにするものが、特許文献１に開示されている。
特開平１０−３７７７６号公報

しかし、上記の発明では、蓄電装置の蓄電量によって蓄電装置から電動モータへの電極供給を制御しているので、例えば、車両の加速中に蓄電装置の蓄電量が減少し、蓄電装置から電動モータへの電力供給が十分に行えなくなった場合に、エンジンの出力を上げて加速を行うので、加速中に急にエンジン音や振動が大きくなり、運転者に違和感を与えてしまうといった問題点がある。

本発明ではこのような問題点を解決するために発明されたもので、蓄電装置の蓄電量によらず、車両加速中にエンジン音や振動を急激に変化させずに運転者に違和感なく車両の加速を行うことを目的とする。

本発明では、車両に直接、または間接的に駆動力を与えるエンジンと、電力を蓄える蓄電装置と、蓄電装置と電気的に接続し、車両に駆動力を与えるモータとを備え、エンジンとモータから出力を供給し駆動するハイブリット車両において、蓄電装置の蓄電状態を検出する蓄電装置検出手段と、蓄電装置とエンジンからの出力により車両を駆動して加速させる場合に、蓄電装置から供給する電力とその電力供給時間を推定する。そして、蓄電装置の蓄電状態と蓄電装置から供給する電力と電力供給時間に応じて、蓄電装置からの電力供給開始時に電力を制限し、蓄電装置の出力に応じてエンジンの出力を制限する。

本発明によると、ハイブリット車両の加速時にエンジンからの出力に加えて蓄電装置から電力を供給する場合に、予め蓄電装置から供給する電力を制限するので、例えば蓄電装置の蓄電量が減少し、要求されている電力を蓄電装置から供給できなくなり、加速中に蓄電装置からの電力が急激に低下し、低下した電力をエンジンで補うような状況を防ぐことができる。そのため、加速中にエンジンの出力が急に大きくなり、エンジンの音や振動が急激な増加を防ぐことができ、運転者に違和感を与えることを防ぐことができる。

以下本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。

図１は本実施形態を適用するシリーズ方式のハイブリッド車両の構成を表す図である。

１はエンジン、２はエンジン１に直結されエンジン１の軸出力を電力に変換する発電モータ、６は発電モータ２で変換された電力を蓄える蓄電装置、３は発電モータ２で変換された電力または蓄電装置６に蓄えられた電力もしくはその両方の電力で駆動される駆動モータであり、本実施形態のパワートレインはこれらエンジン１、発電モータ２、駆動モータ３で構成され、駆動モータ３のトルクはファイナルギヤ４、車軸１３を介してタイヤ５に伝達される。

９は統合コントローラであり、アクセルペダルの踏み込み位置を検出するアクセル開度（ＡＰＳ）センサ１２と車速を検出する車速センサからの信号が入力され、それに基づいて後述する各種指令値を演算、出力する。

７は統合コントローラ９から出力されるエンジントルク指令値、燃料カット信号等に基づいてエンジン１のスロットル開度や燃料噴射量を制御するエンジンコントローラである。

８は統合コントローラ９から出力される回転速度指令値と実回転速度との偏差に基づいてトルク指令値を算出し、このトルク指令値に基づいて発電モータ２のトルクをベクトル制御する発電モータコントローラである。

１０は蓄電状態検出手段としての蓄電装置コントローラであり、図示しない電流・電圧センサなどによって検出した蓄電装置６の電流・電圧に基づいて蓄電装置６の充電状態（以下、ＳＯＣという）を演算し、統合コントローラ９に出力する。

１１は統合コントローラ９から出力されるトルク指令値に基づいて駆動モータ３をベクトル制御する駆動モータコントローラである。

上記のような構成のシステムにおいて統合コントローラ９が行う制御について図２のブロック図を参照して説明する。なお、図２に示す制御ブロックは、例えば１０ｍｓ毎のように、一定時間毎に繰り返し演算する。

ステップＳ１００で車速センサにより検出した車速信号を読込み、ステップＳ１１０でＡＰＳセンサ１２によって検出したアクセル開度を読込む。

ステップＳ１２０で、車速信号およびアクセル開度によって図３に示すマップから目標軸トルクＴｓｄを求める。なお、図３は各アクセル開度における駆動力を車速に割り付けたマップである。

ステップＳ１３０ではステップＳ１２０で求めた目標軸トルクＴｓｄをファイナルギヤ４の減速比Ｇｆで除算してモータ軸での駆動分モータトルク指令値Ｔｓｍｄを求める。

また、ステップＳ１２０で求めた目標車軸駆動力Ｔｓｄは、ステップＳ１４０で燃料カット判定に用いられる。具体的には、目標車軸駆動力Ｔｓｄが正の場合（駆動モータ３が力行の場合）は、燃料カット信号ｆｃｕｔはゼロ（燃料噴射）、負の場合（駆動モータ３が回生の場合）は、燃料カット信号ｆｃｕｔは１（燃料カット）とする。

この燃料カット信号ｆｃｕｔは後述するエンジントルク指令値Ｔｓとともにエンジンコントローラ７に出力される。エンジンコントローラ７ではエンジントルク指令値Ｔｓに基づいてエンジン１のスロットル開度および燃料噴射量を制御して、エンジントルクを制御する。

一方、ステップＳ１６０で車速信号から車軸回転速度を求め、ステップＳ１５０で目標車軸駆動力Ｔｓｄと車軸回転速度を乗じて目標駆動パワーＰｓｄを求める。

ステップＳ１７０では、駆動モータ３にて生じる損失を推定し、それを目標駆動パワーＰｓｄに加算することによって効率補正を行い、暫定目標発電電力Ｐｇｅｎ０を算出する。

駆動モータ３の損失を推定する方法としては、予めトルク・回転速度毎の損失を測定して駆動モータ損失マップを作成しておき、ステップＳ１３０で求めた駆動モータトルク指令値Ｔｓｍと駆動モータ３の実回転速度からそのマップを参照して求める方法等がある。

ステップＳ１８０では車両の運転状態を検出する。ここで運転状態とは、ドライバーのアクセル操作量や車速、加速度などの車両状態、および路面状態、勾配などの環境条件のことである。ここでは、車速、加速度の車両状態からアシスト電力プロフィールを推定する。アシスト電力プロフィールは、車両の平均車速から走行パターン（例えば、渋滞走行、市街路走行、高速道路走行など）を推定し、その走行パターンと加速度から、エンジン１からの出力（電力）に加えて、蓄電装置６から供給する出力であるアシスト電力とその継続時間（電力供給時間）、すなわち蓄電装置６から供給する電力量を推定する。なお、平均車速はステップＳ１００によって検出した車速信号から算出される（平均速度算出手段）。なお、減速の際には、回生エネルギーを蓄電装置６において充電できる電力を算出する。

例えば、走行パターンで市街路走行と判定された場合の加速は、車両の停車後からの加速、例えば信号待ちから中間速度（例えば５０ｋｍ／ｈ）までの加速であると推定し、これからアシスト電力と継続時間を推定する。また、高速道路走行と判定された場合の加速は、追い越し加速であると推定し、これからアシスト電力と継続時間を推定する。走行パターンとアシスト電力または継続時間の関係は、予め実験などによって算出し、例えば図１０（ａ）〜（ｂ）を用いて推定される。傾向としては例えば、図１０（ａ）のように市街地の場合、継続時間が比較的長く、１０ｋｗ程度のアシストが数秒間継続する（例えば、図中太線で囲まれた領域）。また図１０（ｂ）のように高速道路では５ｋｗ以下、１秒未満となる（例えば、図中太線で囲まれた領域）。さらに図１０（ｃ）のように山岳路では１０ｋｗ以上、１秒程度となる（例えば、図中太線で囲まれた領域）。また０ｋｍ／ｈの発進の場合は電力、継続時間ともに増大する。以上のような傾向を統計して、図１１に示すように走行バターン及び走行速度に応じたアシスト電力の継続時間を推定したものをテーブルとして備える。ここで、アシスト電力については図１１のようにテーブル化しても良いし、アクセルペダルの操作量によって応じて一律に定めても良い。このようにステップＳ１８０では、車両加速時に蓄電装置６から駆動モータ３に供給するアシスト電力とその継続時間を推定する（ステップＳ１８０が蓄電装置電力供給推定手段を構成する）。

車両の加速時は、車両のＮＶＨ、エンジン１の燃費効率、エミッションなどが良くなるように、要求される全出力をエンジン１と蓄電装置６からの出力に振り分けて運転が行われる。

なお、ステップＳ１８０では車速、加速度からアシスト電力プロフィールを推定したが、ドライバーの図示しないアクセル操作速度検出手段によってアクセル操作速度、または車両情報検出手段であるナビゲーションシステムから推定しても良い。ドライバーのアクセル操作速度から推定する場合には、アクセル操作速度が速ければ加速要求が大きいと判断する。またナビゲーションシステムから推定する場合には、設定された経路、信号機、勾配などから走行パターンを推定し、その走行パターンからアシスト電力と継続時間を推定する。なお、これらの推定方法を複数組み合わせて使用しても良い。

ステップＳ１９０では蓄電装置６のＳＯＣを蓄電装置コントローラ１０によって検出する。

ステップＳ２００ではステップＳ１８０で推定したアシスト電力プロフィールと、ステップＳ１９０で算出した蓄電装置６のＳＯＣに応じて、蓄電装置６からアシスト電力の供給を行う継続時間中に、蓄電装置６のＳＯＣが低下し、要求されている要求アシスト電力を供給不能とならない（要求アシスト電力が蓄電装置６の出力可能電力を上回らない）ように、更にアシスト電力の変化量が小さくなるよう上限電力であるにアシスト電力制限値Ｐａｓｔｌｍｔを算出する。つまり、車両の加速中にエンジン１と蓄電装置６からの出力（電力）供給で駆動モータ３を駆動している場合に、蓄電装置６のＳＯＣが低下し、蓄電装置６からのアシスト電力が急激に大きく低下しないようにアシスト電力制限値Ｐａｓｔｌｍｔを算出する。なお、蓄電装置６からのアシスト電力が要求アシスト電力を供給できない場合には、エンジン１によってその不足分が供給されることになる。このときのアシスト電力は、ステップＳ１８０で推定した継続時間の間でアシスト電力が一定となるように設定する（ステップＳ２００が蓄電装置出力制限手段を構成する）。または、アシスト電力の変化（低下）が少なくなるように設定しても良い。

ステップＳ２００のアシスト電力制限の具体的な例について図４から図７を用いて説明する。なお、この例では蓄電装置６としてエネルギー容量１５０ｗｈのキャパシタを用いたハイブリット車両で８０ｋｍ／ｈから１２０ｋｍ／ｈまで加速したものである。図４は本発明を用いない場合の経過時間に対するエンジン１の出力と回転数である。図５は本発明を用いない場合の経過時間に対する要求アシスト電力、ＳＯＣ、蓄電装置６の出力可能電力、蓄電装置６のアシスト電力、車両の車速の変化を表したものである。図６は本発明を用いた場合の経過時間に対するエンジン１の出力と回転数である。図７は本発明を用いた場合の経過時間に対する要求アシスト電力、ＳＯＣ、蓄電装置６の出力可能電力、蓄電装置６のアシスト電力、車両の車速の変化を表したものである。なお、２０秒で加速を開始し、アシスト電力制限値Ｐａｓｔｌｍｔは１１ｋｗである。

図５と図７を比較すると図５では加速開始時に要求アシスト電力に１００％追従した電力供給を行っている（図中、破線がアシスト電力を示し、二点差線が要求アシスト電力を示す）が、その結果２２．５秒経過あたりから蓄電装置６の出力可能電力が減少し、出力可能電力の減少に応じてアシスト電力が要求アシスト電力に対して低下している。アシスト電力は２２．５秒経過までは、要求アシスト電力と同一の変化を示し、２２．５秒経過後は出力可能電力と同一の変化を示す。そして約３０秒経過後は要求アシスト電力と同一の変化となる。

一方、図７では要求アシスト電力に対して、アシスト電力制限値Ｐａｓｔｌｍｔを１１ｋｗと設定した電力供給を行っており、蓄電装置６のアシスト出力は常に一定である。

これにより本発明を用いない場合では図４に示すように、低下したアシスト電力の不足分はエンジン１によって補われるのでエンジン１の出力が加速中に増加する、すなわち、加速中に急にエンジン音、振動が大きくなる。しかし、本発明を用いた場合には、図６に示すようにエンジン１の出力は常に一定であるのでエンジン音、振動は、ほぼ一定である。このため、本発明では運転者は車両の加速中でも違和感なく運転することができる。

ステップＳ２００で設定されるアシスト電力制限値Ｐａｓｔｌｍｔは、要求アシスト電力と継続時間、つまりは蓄電装置６から供給する電力量に応じて設定され、要求アシスト電力が多い程、また継続時間が長い程アシスト電力制限値は小さくなる。なお、加速開始時にはエンジン１の回転数がエンジン１の慣性の影響により所定の回転数となるまで時間がかかる場合がある。そのような場合には加速開始時にはアシスト電力制限値を緩和または解除しても良い。このような場合に全体の駆動力が不足してしまうので、エンジン１の回転数が所定の回転数（所定出力）となるまで蓄電装置６からアシスト電力を増加させ、不足分を補い、全体の駆動力を確保する。

ステップＳ２１０は、ステップＳ１７０で演算した暫定目標発電電力Ｐｇｅｎ０に、ステップＳ２００で演算したアシスト電力制限値Ｐａｓｔｌｍｔの制限をかけ、エンジン１による発電電力である目標発電電力Ｐｇｅｎを求める。

なお、実際にはステップＳ２１０で蓄電装置６のＳＯＣに応じて、ＳＯＣが高ければ放電分、低ければ充電分を暫定目標発電電力Ｐｇｅｎ０に加え、その充放電分をステップＳ２１０で求める蓄電装置入出力可能電力で制限することとなる。

ステップＳ２２０では、発電モータ２で発電を行う場合に生じる損失を推定し、この損失を目標発電電力Ｐｇｅｎに加算することによって目標エンジン出力Ｐｓｅを求める（ステップＳ１００からステップＳ２２０がエンジン出力算出手段である）。

発電モータ２の損失を推定する方法としては、ステップＳ２１０で演算した目標発電電力Ｐｇｅｎをエンジン１と発電モータ２とで発電する際の、最も燃費の良い動作点における発電モータ２の損失を予め調べてテーブル化しておく方法や，発電電力毎・回転速度毎の損失を測定して発電モータ損失マップを作成し、そのマップを参照して求める方法等が考えられる。

ステップＳ２３０では実エンジン回転速度を検出し、ステップＳ２４０では目標エンジン出力Ｐｓｅを実エンジン回転速度で除算し、エンジントルク指令値Ｔｓを求める。

エンジントルク指令値ＴｓはステップＳ１４０で生成した燃料カット信号ｆｃｕｔとともにエンジンコントローラ７に送られ、その値に基づいてエンジン１のスロットル開度および燃料噴射量が制御される。

また、目標発電電力Ｐｇｅｎが正の場合には、ステップＳ２５０において図８に示す最良燃費テーブルから、目標発電電力Ｐｇｅｎを出力するエンジン１の動作点で最も燃費の良い回転速度となる最良燃費エンジン回転速度を求め、負の場合にはステップＳ２６０で図９に示す消費電力テーブルから、負の発電電力を実現できる（電力を消費する）エンジン回転速度を求める。なお、負の発電電力では、蓄電装置６のＳＯＣが高い場合に回生エネルギーを蓄電装置６に蓄えることができないので、エンジン１を回転させることで、回生エネルギーを消費する。

ステップＳ２７０で前記のいずれかを選択して発電モータ回転速度指令値Ｎｓとする。なお、図８の最良燃費テーブルは、縦軸に最良燃費回転速度、横軸に発電電力をとったテーブルであり、発電電力が大きくなるほど最良燃費回転速度も大きくなっている。図９の消費電力テーブルは、縦軸に消費電力回転速度、横軸に消費電力をとったテーブルであり、消費電力が大きくなるほど消費電力回転速度も大きくなっている。

ステップＳ２７０で選択された発電モータ回転速度指令値Ｎｓは発電機コントローラ８に送られ、発電モータ２の実回転速度が発電モータ回転速度指令値Ｎｓに等しくなるようにトルク指令値を発電機コントローラ８内で演算し、発電モータ２をベクトル制御する。

本発明の第１実施形態の効果について説明する。

本発明を用いないハイブリット車両においては、車両の加速中に、蓄電装置６のアシスト電力が不足し、その不足分をエンジン１による出力で補うと、エンジン１の音や振動が大きくなり、運転者に違和感を与えるおそれがある。

本発明では、蓄電装置６から供給される電力と、エンジン１から供給される出力とによって駆動モータ３を駆動させる場合、特に車両の加速時に、アシスト電力制限値を算出し、蓄電装置６の電力供給を制御することで、蓄電装置６からのアシスト電力供給中に蓄電装置６のＳＯＣが低下し、要求アシスト電力よりも実際供給しているアシスト電力が小さくならないように、すなわちアシスト電力が急激に低下しないようにする。これにより、加速中に急にエンジン１の音や振動が大きくならずに、車両を加速させることができ、運転者に違和感を与えることを防ぐことができる。

加速の途中でエンジン１の出力を急激に上げると、エンジン１の効率の悪い領域を使用する可能性があるが、本発明では、エンジン１の出力が急激に上がることがないので、燃費効率、エミッションなどの向上効果の低下を防ぐことができる。

加速開始直後は、エンジン１の回転数が所望の回転数まで上昇していない場合もあるが、加速開始直後はアシスト電力制限値を解除することで、要求される全駆動力に対して不足なく供給ができる。

なお、本実施形態はパラレルハイブリッド車両、シリーズ・パラレルハイブリット車両にも適用可能である。

本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、その技術的思想の範囲内でなしうる様々な変更、改良が含まれることは言うまでもない。

エンジンを搭載した車両だけでなく、蓄電装置を備えた様々なハイブリット車両に利用することができる。

本発明の実施形態のハイブリット車両の構成を示すブロック図である。 本発明の実施形態の制御ブロック図である。 本発明の実施形態の目標駆動力マップである。 本発明を用いない場合の時間経過に対するエンジンの出力と回転数を示すグラフである。 本発明を用いない場合の時間経過に対する要求アシスト電力と蓄電装置のＳＯＣと蓄電装置の出力可能電力、蓄電装置のアシスト電力、車両の車速を示すグラフである。 本発明を用いた場合の時間経過に対するエンジンの出力と回転数を示すグラフである。 本発明を用いた場合の時間経過に対する要求アシスト電力と蓄電装置のＳＯＣと蓄電装置の出力可能電力、蓄電装置のアシスト電力、車両の車速を示すグラフである。 本発明の実施形態の最良燃費テーブルである。 本発明の実施形態の消費電力テーブルである。 本発明の電力プロフィールであり、図１０（ａ）市街地での電力プロフィールである。図１０（ｂ）高速路での電力プロフィールであり、図１０（ｃ）山岳路での電力プロフィールである。 本発明の走行バターン及び走行速度に応じたアシスト電力の継続時間の関係を示す表である。

符号の説明

１ エンジン
２ 発電モータ
３ 駆動モータ（モータ）
６ 蓄電装置
７ エンジンコントローラ
８ 発電機コントローラ
９ 統合コントローラ
１０ 蓄電装置コントローラ（蓄電状態検出手段）
１１ 駆動モータコントローラ

Claims (7)

1. 車両に直接、または間接的に駆動力を与えるエンジンと、
   電力を蓄える蓄電装置と、
   前記蓄電装置と電気的に接続し、車両に駆動力を与えるモータと、を備え、
   前記エンジンと前記モータから出力を供給し駆動するハイブリット車両において、
   前記蓄電装置の蓄電状態を検出する蓄電状態検出手段と、
   前記モータと前記エンジンからの出力により前記車両を駆動して加速する場合に、前記蓄電装置から供給する電力と電力供給時間を推定する蓄電装置電力供給推定手段と、
   前記蓄電装置の蓄電状態と前記蓄電装置から供給する電力と電力供給時間に応じて、前記蓄電装置からの電力供給開始時に前記蓄電装置からの上限電力を算出する蓄電装置出力制限手段と、
   前記蓄電装置出力制限手段によって算出された前記上限電力に応じて、前記エンジンの出力を制御するエンジン出力制限手段と、を備えたことを特徴とするハイブリット車両の駆動力制御装置。
2. 前記蓄電装置出力制限手段は、前記電力供給時間内に前記蓄電装置から供給する電力が、前記蓄電装置の供給可能な電力を上回らないように、前記蓄電装置からの電力供給開始時に前記蓄電装置からの前記上限電力を算出することを特徴とする請求項１に記載のハイブリット車両の駆動力制御装置。
3. 前記蓄電装置出力制限手段は、前記蓄電装置から供給する電力量が大きい場合には前記上限電力を小さくすることを特徴する請求項１または２に記載のハイブリット車両の駆動力制御装置。
4. 前記エンジンの出力が高くなる場合に、前記蓄電装置出力制限手段は、前記蓄電装置からの電力供給開始直後、前記エンジンが所定出力に達するまでは前記上限電力を解除することを特徴とする請求項１から３のいずれか一つに記載のハイブリット車両の駆動力制御装置。
5. 前記車両の平均速度を算出する平均速度算出手段と、
   前記車両の加速度を推定する加速度推定手段と、を備え、
   前記蓄電装置電力供給推定手段は、前記平均速度と前記加速度に基づいて推定されることを特徴とする請求項１から４のいずれか一つに記載のハイブリット車両の駆動力制御装置。
6. 前記車両のアクセル操作速度を検出するアクセル操作速度検出手段を備え、
   前記蓄電装置電力供給推定手段は、前記車両のアクセル操作速度に基づいて推定されることを特徴とする請求項１から４のいずれか一つに記載のハイブリット車両の駆動力制御装置。
7. 前記車両の位置検出し、かつ道路情報を検出する車両情報検出手段を備え、
   前記蓄電装置電力供給推定手段は、前記車両情報検出手段によって得られる情報に基づいて推定されることを特徴とする請求項１から４のいずれか一つに記載のハイブリット車両の駆動力制御装置。

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