JP2006180626A - ハイブリッド車両の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 アクセル開度に応じてエンジンの始動制御を行なうハイブリッド車両において、運転者の意に反してエンジンが始動されて燃費が悪化することを防止する。
【解決手段】 高車速、高加速運転、あるいはバッテリ充電要求時等のエンジン始動要求条件の不成立時には、アクセル開度≦α（％）の領域でモータ単独走行（第１の走行モード）が行われ、アクセル開度＞α（％）の領域でエンジン始動によるエンジン・モータ併用走行（第２の走行モード）が行われる。走行モード切換点に対応するアクセル開度を境界とする所定の移行領域では、第１の走行モード領域２５２，２６２および第２の走行モード領域２５４，２６４の間では、同一のアクセル開度変化量を得るために必要なアクセルペダル踏力変化量が異なるように、アクセルペダル装置は構成される。これにより、運転者は、アクセルペダルの踏込み特性の変化によって、走行モードの移行を感知できる。
【選択図】 図３

Description

この発明は、ハイブリッド車両の制御装置に関し、より特定的には、アクセル開度に応じて、駆動力源の運転制御を行なうハイブリッド車両の制御装置に関する。

エンジンおよびモータを駆動力源として備えるハイブリッド車両において、アクセル操作量（アクセル開度）が小さい領域での走行時に、エンジンを停止してモータの出力のみで走行する技術が特開平１１−８２２６１号公報（特許文献１）に開示されている。

また、自動車のアクセルペダル装置については、アクセルペダルの踏込み力（以下、単に「アクセルペダル踏力」とも称する）に応じたアクセル開度が得られるような構成が一般的に用いられる。たとえば、特開２０００−１５８９７１号公報（特許文献２）に開示された構成では、運転者のアクセルペダル踏込みに応じて回動するアクセルペダルアームに対して初期回転位置に回動付勢するばね手段を設けることにより、アクセルペダル踏込みに対する抵抗力を付与している。この抵抗力は当該アクセル開度を得るために運転者に必要とされるアクセルペダル踏力に相当するので、運転者がアクセル開度量を感知可能なように、アクセル開度−アクセルペダル踏力特性（以下、「アクセル踏力特性」とも称する）を実現できる。
特開平１１−８２２６１号公報 特開２０００−１５８９７１号公報

しかしながら、一般的なアクセルペダル装置の構成では、アクセルペダル踏込みに対する抵抗力、すなわち運転者に必要とされるアクセルペダル踏力は、アクセルペダル踏力の変化量に対するアクセル開度変化量が小さい初期区間を越えると、アクセル開度の増加に応じてほぼ一定の割合で増加するように設定されている。たとえば、特許文献２に開示されたアクセルペダル装置においても、アクセルペダルアームに対して単一のばね手段が設けられる構成であるため、上記のような一定のアクセル踏力特性を示すことが予想される。

このため、特許文献１と同様の駆動力源（エンジン・モータ）の始動制御を行なうハイブリッド車両、具体的には、アクセル開度が小さい領域ではモータ出力のみで走行し、アクセル開度が所定量を越えた領域からエンジンおよびモータの両者によって走行する構成のハイブリッド車両に対して一般的なアクセルペダル装置を適用した構成では、モータのみでの走行およびエンジンおよびモータ両方での走行とが切換えられるアクセル開度を運転者が把握することが困難である。これにより、運転者の意に反してエンジンが始動されて燃費が悪化してしまう可能性がある。

この発明は、このような問題点を解決するためになされたものであって、この発明の目的は、複数の駆動源が搭載され、アクセル開度に応じて駆動源（代表的にはエンジン）の始動制御を行なうハイブリッド車両において、運転者の意に反して上記駆動源（エンジン）が始動されて燃費が悪化することを防止できる制御装置を提供することである。

本発明によるハイブリッド車両の制御装置は、第１の駆動力源および第２の駆動力源を備えるハイブリッド車両の制御装置であって、アクセル特性設定手段と、走行モード設定手段とを備える。アクセル特性設定手段は、アクセルペダルの踏込力に対する抵抗力をアクセル開度に応じて付与するために設けられる。走行モード設定手段は、アクセル開度に基づいて、第１の駆動力源のみの出力で走行する第１の走行モードと、第１の駆動力源および第２の駆動力源の両方の出力で走行する第２の走行モードとを切換える。特に、アクセル特性設定手段は、第１および第２の走行モードの切換点を中心とするアクセル開度の所定領域（移行領域）において、第１および第２の走行モードの間で、アクセル開度の変化量に対する抵抗力の変化量の特性を変化させる。

本発明によるハイブリッド車両の制御装置では、第１の駆動力源を単独使用する第１の走行モードから第１および第２の駆動力源を併用する第２の走行モードへの移行時に、運転者は、アクセル踏力特性の変化により、アクセルペダル踏込み・踏戻しの抵抗力の変化を感知できる。これにより、アクセル踏込み時に運転者の意に反して走行モードが移行して第２の駆動力源が始動することによる燃費の悪化を防止できる。また、アクセル踏戻し時には、第１の駆動力源のみの出力で走行する第１の走行モードへ移行するためのアクセルペダル操作が容易となるので、運転者が意図的に燃費向上を行い易くなる。

好ましくは、本発明によるハイブリッド車両の制御装置では、アクセル特性設定手段は、所定領域において、同一量のアクセル開度変化に対する付与する抵抗力の変化量を、第２の走行モードにおいて第１の走行モードよりも大きく設定する。

上記ハイブリッド車両の制御装置では、同一のアクセル開度変化量に対応するアクセルペダル踏込みに対する抵抗力の変化量、すなわち運転者に必要とされるアクセルペダル踏力を、第２の走行モード（第１および第２の駆動力源併用）において第１の走行モード（第１駆動力源単独使用）よりも大きく設定しているので、第１の走行モードから第２の走行モードへの移行を自然には発生し難くし、かつ、第２の走行モードから第１の走行モードへの移行を自然に発生させ易くしている。この結果、運転者に対して燃費向上運転に適したアクセルペダル操作を容易にしている。

また好ましくは、本発明によるハイブリッド車両の制御装置では、第１の駆動力源はモータであり、第２の駆動力源は内燃機関である。

上記ハイブリッド車両の制御装置では、モータおよび内燃機関（エンジン）を駆動力源とし、アクセル開度が小さい領域ではモータ単独走行を行なうハイブリッド車両において、運転者の意に反してエンジンが始動されることによる燃費悪化を防止できる。また、運転者に対して燃費向上運転に適したアクセルペダル操作を容易にすることができる。

この発明によるハイブリッド車両の制御装置によれば、複数の駆動源が搭載され、アクセル開度に応じて駆動源の始動制御を行なうハイブリッド車両において、運転者の意に反して燃費が悪化することを防止できる。

以下において、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。なお、以下図中における同一または相当部分には同一符号を付して詳細な説明は繰返さないものとする。

図１は、この発明に従うハイブリッド車両の制御装置によって制御されるハイブリッド車両１００の概略構成を示すブロック図である。

図１を参照して、ハイブリッド車両１００は、バッテリ１０と、電力変換部（ＰＣＵ：Power Control Unit）２０と、電動機（モータ）３０と、エンジン４０と、動力分割機構５０と、発電機（ジェネレータ）６０と、減速機７０と、駆動輪８０ａ，８０ｂと、ハイブリッド車両１００の全体動作を制御するハイブリッドＥＣＵ（Electronic Control Unit）９０と、アクセルペダル装置１１０と、アクセル開度センサ１２０とを備える。

バッテリ１０は、充電可能な二次電池（たとえばニッケル水素またはリチウムイオン等の二次電池）から構成される。電力変換部２０は、バッテリ１０から供給された直流電圧をモータ３０駆動用の交流電圧に変換するインバータ（図示せず）を含む。このインバータは、双方向の電力変換が可能なように構成され、モータ３０の回生制動動作による発電電力（交流電圧）およびジェネレータ６０による発電電力（交流電圧）を、バッテリ１０充電用の直流電圧に変換する機能を併せ持つものとする。

さらに、電力変換部２０は、直流電圧のレベル変換を行なう昇降圧コンバータ（図示せず）をさらに含んでもよい。このような昇降圧コンバータを配置することにより、バッテリ１０の供給電圧よりも高電圧を振幅とする交流電圧によって電動機３０を駆動することができるので、モータ駆動効率を向上することができる。

エンジン４０は、ガソリン等を燃料とする内燃機関であり、燃料の燃焼による熱エネルギを駆動力となる運動エネルギに変換して出力する。動力分割機構５０は、エンジン４０からの出力を、減速機７０を介して駆動輪８０ａ，８０ｂへ伝達する経路と、ジェネレータ６０へ伝達する経路とに分割可能である。ジェネレータ６０は、動力分割機構５０を介して伝達されたエンジン４０からの出力によって回転されて発電する。ジェネレータ６０による発電電力は、電力変換部２０によって、バッテリ１０の充電電力、あるいはモータ３０の駆動電力として用いられる。

モータ３０は、電力変換部２０から供給された交流電圧によって回転駆動されて、その出力は、減速機７０を介して駆動輪８０ａ，８０ｂへ伝達される。また、モータ３０が駆動輪８０ａ，８０ｂの減速に伴って回転される回生制動動作時には、モータ３０は発電機として作用する。

アクセルペダル装置１１０は、運転者によって踏込まれるアクセルペダル１０５の踏力に応じたアクセル開度を設定する。後程詳細に説明するアクセル踏力特性は、アクセルペダル装置１１０に設けられたばね手段等によって決められる。アクセル開度センサ１２０は、アクセルペダル装置１１０と接続されて、アクセル開度に応じた出力電圧をハイブリッドＥＣＵ９０へ送出する。すなわち、アクセルペダル装置１１０のうちのアクセル踏力特性を与える構成部分（図示せず）が、本発明における「アクセル特性設定手段」に対応する。

ハイブリッド車両１００では、発進時および低速走行時、あるいは緩やかな坂を下るとき等の軽負荷時には、エンジン効率の低い領域を避けるために、エンジン４０の出力を用いることなく、モータ３０のみによる出力で走行する。すなわち、アクセル開度の小さい領域では、ハイブリッド車両１００は、モータ３０のみの出力により走行する。この場合には、暖機運転が必要な場合を除いてエンジン４０の運転が停止される。なお、暖機運転が必要な場合には、エンジン４０はアイドル運転される。

一方、アクセル開度が所定値より大きい通常走行時には、エンジン４０が始動され、エンジン４０からの出力は、動力分割機構５０によって駆動輪８０ａ，８０ｂの駆動力と、ジェネレータ６０での発電用駆動力とに分割される。ジェネレータ６０による発電電力は、モータ３０の駆動に用いられる。したがって、通常走行時には、エンジン４０による出力をモータ３０からの出力でアシストして、駆動輪８０ａ，８０ｂが駆動される。ハイブリッドＥＣＵ９０は、動力分割機構５０による動力分割比率を、全体の効率が最大となるように制御する。

さらに、高加速時には、バッテリ１０から供給される電力がモータ３０の駆動にさらに用いられて、駆動輪８０ａ，８０ｂの駆動力がさらに増加する。

減速および制動時には、モータ３０は、駆動輪８０ａ，８０ｂによって回転駆動されて発電する。モータ３０の回生発電によって回収された電力は、電力変換部２０によって直流電圧に変換されてバッテリ１０の充電に用いられる。さらに、車両停止時には、エンジン４０は自動的に停止される。

このように、ハイブリッド車両１００では、エンジン４０からの出力と電気エネルギを源としたモータ３０からの出力との組合せによって、すなわち車両状況に応じてエンジン４０およびモータ３０の運転を制御することにより燃費を向上させた車両運転を行なう。特に上記のように、ハイブリッドＥＣＵ９０は、アクセル開度が小さい領域では、アクセル開度に応じたエンジン４０の始動制御を行なう。

図２は、この発明の実施の形態に係るハイブリッド車両の制御装置によるアクセル開度に応じたエンジン始動制御を説明するフローチャートである。図２に示したフローチャートを実行するためのプログラムは、ハイブリッドＥＣＵ９０に予め格納されているものとする。

図２を参照して、ハイブリッド車両のエンジン始動制御では、まず、アクセル開度によらずエンジン４０の始動が必要とされるエンジン始動要求条件が成立しているかどうかが判断される（ステップＳ１００）。たとえば、エンジン４０の出力が必要となる高車速域および高加速域で走行時、バッテリ１０の充電が必要なバッテリ出力低下時およびＳＯＣ（State of Charge)による充電要求発生時、あるいはエンジンの暖機運転時等に、エンジン始動要求条件が成立する。エンジン始動要求条件の成立時（ステップＳ１００におけるＹ判定時）には、アクセル開度によらずエンジン４０が始動される（ステップＳ１１０）。

一方、エンジン始動要求条件の不成立時（ステップＳ１００におけるＮ判定時）には、ステップＳ１２０〜Ｓ１４０により、本発明における「走行モード設定手段」に対応する、アクセル開度に応じたエンジン始動制御が行なわれる。

具体的には、アクセル開度が基準値α（％）以下の場合（ステップＳ１２０におけるＹ判定）には、エンジン４０は始動されずハイブリッド車両１００はモータ３０の出力のみにより走行する（ステップＳ１３０）。

これに対して、アクセル開度がα（％）を超える場合（ステップＳ１２０におけるＮ判定）には、エンジン４０が始動されてエンジン４０およびモータ３０の両方の出力によりハイブリッド車両１００は走行する（ステップＳ１４０）。

ステップＳ１３０におけるモータ単独走行は、本発明における「第１の走行モード」に対応して、ステップＳ１４０におけるエンジンを始動したエンジンおよびモータの出力による車両走行はこの発明における「第２の走行モード」に対応する。したがって、アクセル開度＝α（％）を走行モードの切換点として、エンジン４０の始動が制御されることになる。

本発明の実施の形態に係るアクセルペダル装置１１０では、図３に示すような、走行モードの切換点を反映したアクセル踏力特性に従って、アクセルペダル１０５の踏力に応じたアクセル開度が設定される。

図３の横軸はアクセル開度ＯＰ（％）を示し、縦軸は、アクセル開度に応じて付与されるアクセルペダル１０５の踏込力に対する抵抗力、すなわち、そのアクセル開度を得るために必要なアクセルペダル踏力Ｐ［Ｎ］を示す。

なお、アクセルペダル装置１００内での摩擦に伴い、アクセル踏力特性はヒステリシスを有する。すなわち、アクセル開度増加時および減少時とでは、同一のアクセル開度ＯＰを得るために必要なアクセルペダル踏力Ｐは異なってくる。

一般的なアクセルペダル装置では、図３中に点線で示すように、アクセルペダル踏力Ｐの増加に伴うアクセル開度変化量ＯＰが小さい初期区間２５１，２６１以外の領域では、アクセル開度変化量ＯＰに対するアクセルペダル踏力変化Ｐの比（ΔＰ／ΔＯＰ）は、ほぼ一定値となる。

これに対してアクセルペダル装置１１０では、初期区間２５１，２６１を超えた領域のうち、走行モードの切換点であるアクセル開度ＯＰ＝α（％）を中心とするその前後の所定領域（移行領域）において、同一のアクセル開度変化量に対するアクセルペダル踏込みの抵抗力の変化量、すなわち、同一のアクセル開度変化量を得るために必要なアクセルペダル踏力変化量（すなわち、ΔＰ／ΔＯＰ）が走行モード間で異なるように設定される。たとえば、アクセル開度増加時における、アクセル開度ＯＰ＝α（％）に対応する切換点２５０を境界とする移行領域において、第１の走行モード領域２５２および第２の走行モード領域２５４の間では、同一のアクセル開度増加量を得るために必要なアクセルペダル踏力変化量（ΔＰ／ΔＯＰ）は、領域２５４において領域２５２よりも大きく設定される。

これにより、運転者は、第１の走行モードから第２の走行モードへの移行時に、領域２５４でのアクセル踏力特性の変化により、アクセルペダル踏込みの抵抗力の変化を感知できる。すなわち、運転者は、アクセルペダルの踏込み特性の変化によって、モータ単独による第１走行モードからエンジン始動を伴う第２の走行モードへの移行を感知することができる。この結果、運転者の意に反して走行モードが移行してエンジンが始動することによる燃費の悪化を防止できる。

同様に、アクセル開度減少時においても、アクセル開度ＯＰ＝α（％）に対応する切換点２６０を境界とする移行領域において、第１の走行モード領域２６２および第２の走行モード領域２６４の間では、同一のアクセル開度減少量を得るために必要なアクセルペダル踏力変化量（ΔＰ／ΔＯＰ）が異なるように設定される。なお、第２の走行モード内において、移行領域外の定常領域２５６，２６６でのアクセルペダル踏力変化量の絶対値は、移行領域２５４、２６４でのアクセルペダル踏力変化量の絶対値よりも小さく設定される。

上記のような構成とすることにより、運転者は、モータ３０およびエンジン４０の併用による車両運転（第２の走行モード）からモータ３０の単独走行による軽負荷運転（第１の走行モード）への移行を、アクセルペダル踏戻しの抵抗力変化によって感知できる。この結果、運転者がアクセルペダル操作により意図的に燃費向上を行い易くなる。

特に、同一のアクセル開度変化量を得るために必要なアクセルペダル踏力変化量（ΔＰ／ΔＯＰ）を、第２の走行モードにおいて第１の走行モードよりも大きく設定しているので、第１の走行モードから第２の走行モードへの移行を自然には発生し難くし、かつ、第２の走行モードから第１の走行モードへの移行を自然に発生させ易くしている。この結果、運転者に対して燃費向上運転に適したアクセルペダル操作を容易にしている。

図４には、図３に示したようなアクセル踏力特性を実現するためのアクセルペダル装置の構成例が示される。

図４に示されるように、アクセルペダル１０５の踏込みに応じて回転軸２０３を中心とした回転方向Ｒの回転力を付与されるアクセルペダルアーム２０２とフレーム２０５との間に、弾性係数がそれぞれｋａ，ｋｂ（ｋｂ＜ｋａ）のばね２０６ａ，２０６ｂを並列に接続することによって、図３に示すようなアクセル踏力特性を実現できる。すなわち、ばね２０６ｂは、図３における領域２５２，２６２で変形し、ばね２０６ａは、領域２５４，２６４で変形する。

なお、図２に示したフローチャートでは、運転条件に関わらず走行モードの切換点となるアクセル開度α（％）を固定値としたが、切換点α（％）を運転状況に応じて可変設定する構成も可能である。この場合には、予め用意されたマップの参照等によって、他のプログラムにより運転状況に応じて可変設定された切換点（アクセル開度α（％））に従って、図２でのステップＳ１２０〜Ｓ１４０が実行される。

この場合には、可変設定される走行モード切換点（アクセル開度）に対応して、図３に示したアクセル踏力特性の変化点を可変設定する構成が好ましい。このような構成では、特開２０００−２５５２８３号公報に開示されるような、マイクロコンピュータによるモータの通電制御によってアクセルペダルの踏込負荷を可変設定可能な構成、あるいは、ばねの初期長さをモータ等により可変とすることによりばねの初期張力を連続的に可変とする構成等のアクセルペダル装置の適用が可能である。

また、図１には、前輪のみが駆動輪であるハイブリッド車両を示したが、さらに後輪駆動用の電動機を設けて、４ＷＤハイブリッドシステムを構成することも可能である。また、電動機（モータ）および発電機（ジェネレータ）を別個に設ける構成の他に、発電機の配置を省略してモータジェネレータとしての交流電動機を配置する構成のハイブリッド車両に対しても本発明を適用可能である。

さらに、本発明の適用はエンジンおよびモータを駆動力源とするハイブリッド車両に限定されず、複数の駆動力源を備え、かつ、アクセル開度に応じてこれらの駆動力源の運転制御を行なう構成のハイブリッド車両に対して共通に本発明を適用可能である。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

本発明の実施の形態に係るハイブリッド車両の制御装置によって制御されるハイブリッド車両の概略構成を示すブロック図である。 本発明の実施の形態に係るハイブリッド車両の制御装置によるアクセル開度に応じたエンジン始動制御を説明するフローチャートである。 本発明の実施の形態に係るハイブリッド車両におけるアクセル踏力特性を説明する図である。 図３に示したアクセル踏力特性を実現するアクセルペダル装置の構成例を示す概略図である。

符号の説明

１０ バッテリ、２０ 電力変換部、３０ モータ（電動機）、４０ エンジン、５０ 動力分割機構、６０ ジェネレータ（発電機）、７０ 減速機、８０ａ，８０ｂ 駆動輪、９０ ハイブリッドＥＣＵ、１００ ハイブリッド車両、１０５ アクセルペダル、１１０ アクセルペダル装置、１２０ アクセル開度センサ、２０２ アクセルペダルアーム、２０３ 回転軸、２５１，２６１ 初期区間、２５２，２６２ 第１の走行モード領域（モータ単独走行領域）、２５４，２６４ 第２の走行モード領域（エンジン・モータ併用走行領域：移行領域）、２５６，２６６ 第２の走行モード領域（定常領域）、α アクセル開度基準値（走行モード切換点）。

Claims (3)

1. 第１の駆動力源および第２の駆動力源を備えるハイブリッド車両の制御装置であって、
   アクセルペダルの踏込力に対する抵抗力をアクセル開度に応じて付与するためのアクセル特性設定手段と、
   前記アクセル開度に基づいて、前記第１の駆動力源のみの出力で走行する第１の走行モードと、前記第１の駆動力源および前記第２の駆動力源の両方の出力で走行する第２の走行モードとを切換える走行モード設定手段とを備え、
   前記アクセル特性設定手段は、前記第１および第２の走行モードの切換点を中心とするアクセル開度の所定領域において、前記第１および第２の走行モードの間で、前記アクセル開度の変化量に対する前記抵抗力の変化量の特性を変化させる、ハイブリッド車両の制御装置。
2. 前記アクセル特性設定手段は、前記所定領域において、同一量のアクセル開度変化に対する前記付与する抵抗力の変化量を、前記第２の走行モードにおいて前記第１の走行モードよりも大きく設定する、請求項１記載のハイブリッド車両の制御装置。
3. 前記第１の駆動力源はモータであり、
   前記第２の駆動力源は内燃機関である、請求項１または２記載のハイブリッド車両の制御装置。

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