以下、この発明を具体化した実施の形態を図面に従って説明する。本実施の形態におけるハイブリッド車両制御システムは、一般にパラレルハイブリッドシステムとして知られるパワートレインが適用され、さらに、ナビゲーションシステムからの情報を取得できるように構成されている。図1には、同ハイブリッド車両制御システムの概略構成を示している。
図1において、ハイブリッド車両は主要な構成として、エンジン10、モータジェネレータ(発電電動機)11、インバータ12及びバッテリ(電池)13を備える。
エンジン10は、例えば火花点火式4気筒ガソリンエンジンよりなり、図示しない変速機を併せ持つ。エンジン10のクランク軸(出力軸)14にはモータジェネレータ11が接続され、モータジェネレータ11は、エンジン始動時、加速時、軽負荷走行時には電動機として作動して動力をアシストし、減速状態等では発電機として作動してその発電電力をバッテリ13に充電したり、各種電子機器に電力を供給したりする。モータジェネレータ11の出力は、公知の差動ギヤ装置15を介して車両左右の車輪16に伝達される。インバータ12は、バッテリ13から供給される直流電力を交流に変換し、モータジェネレータ11を駆動する。
本システムの制御系としては、エンジン制御を行うエンジンECU21と、モータ制御を行うモータECU22と、バッテリ13の充電状態を管理するバッテリECU23と、システム全体を統括するハイブリッドECU24とを備える。これらECU21〜24は何れもマイクロコンピュータを主体とする論理演算回路として構成されており、エンジンECU21とハイブリッドECU24間、モータECU22とハイブリッドECU24間、バッテリECU23とハイブリッドECU24間はそれぞれ、相互に通信可能に接続されている。
ハイブリッドECU24は、車速、アクセル開度、変速機のシフト位置、バッテリ充電量等のその時々の車両走行状態に基づき、エンジンECU21及びモータECU22に対して所定のトルク要求値を出力する。
また、ハイブリッドECU24は、現在のバッテリ13の充電量と車両状態とに応じて、所定の範囲(例えば、残存容量が45%〜65%)内となるようにバッテリ13の充電量を制御するようになっている。
エンジンECU21は、ハイブリッドECU24からのトルク要求値と、エンジン回転数Ne、エンジン水温THW、吸気管内の圧力(吸気圧)PMなどのエンジン運転情報とに基づいてエンジン制御を実施する。すなわち、燃料噴射量、点火時期、スロットル開度の各制御信号を演算し、これら制御信号により図示しないインジェクタ、点火プラグ、スロットルアクチュエータを駆動する。
また、モータECU22は、ハイブリッドECU24からのトルク要求値と、モータ回転数、モータ駆動電流などのモータ運転状態とに基づいてインバータ12を介してモータジェネレータ11を制御する。すなわち、所定の変調周波数(PWM周波数)の下でPWM変換してモータジェネレータ11の駆動トルクを制御する。これにより、モータジェネレータ11は、電動機として機能し車輪16を駆動したり、或いは発電機として機能してエンジン出力を電気エネルギーに変換しバッテリ13を充電するようになっている。
さらに、バッテリECU23は、電流を検出することによりバッテリ13の充電状態を監視しており、バッテリ13の充電量をハイブリッドECU24に出力する。
本実施の形態におけるハイブリッド車両制御システムは、更にナビゲーションシステムを具備しており、このナビゲーションシステムを司るNAVI_ECU31とハイブリッドECU24間は相互に通信可能に接続されている。このECU31もマイクロコンピュータを主体とする論理演算回路として構成されている。
NAVI_ECU31には、GPS衛星32からの信号を受信するGPS受信機33と、車輪速センサ34と、ヨーレートセンサ又は地磁気センサにより構成される方位センサ35と、地図データベースを記憶したCDROMを駆動するための外部記憶装置(CDROMドライブユニット)36と、データ設定/表示装置37とが接続されている。ここで、データ設定/表示装置37は、地図を表示するための画面や、音声によるアナウンスを行うためのスピーカや、各種のコマンド,数値等を入力するための操作パネルを備えたものである。
このNAVI_ECU31は、GPS受信機33の受信電波に基づいて車両の絶対位置を計算するGPS航法と、車輪速センサ34及び方位センサ35の検出信号に基づいて車両の移動方向及び移動量を算出して行う自律航法とを併用したものである。そして、GPS衛星からの電波が受信できる間はGPS航法により、電波が受信できない間は自律航法により車両の現在位置を算出し、CD−ROM内の地図データベースと重ね併せてナビゲーションコントロールを実行するようになっている。
また、本実施の形態では、ハイブリッドECU24は、NAVI_ECU31との間で通信することにより、車両の現在位置と、これから走行する予定走行路における起伏状態等の情報を取得できるようになっている。そして、この予定走行路の起伏状態に応じて、エンジン10とモータジェネレータ11の運転量を試算して、それに従いバッテリ13の充電量を制御するようになっている。
本実施の形態では、外部記憶装置36が地図記憶手段に相当し、GPS受信機33、車輪速センサ34、方位センサ35が位置検出手段に相当する。また、NAVI_ECU31が走行路認識手段に相当する。
次に、本実施の形態におけるハイブリッド車両制御システムの作用を図2及び図3を用いて説明する。図2は、ハイブリッドECU24が実行する制御のフローチャートである。本実施の形態において、図2の処理は、車両運転者がデータ設定/表示装置37の操作パネルを操作して目的地が入力されたときにスタートする。また、同処理は、例えば10分毎に繰り返し実施される。
詳述すると、ハイブリッドECU24は、図2のステップ100において、NAVI_ECU31との間で通信することにより、図3(a)に示すように、車両の現在位置と、これから走行する予定走行路の起伏情報を取得する。その後、ハイブリッドECU24は、ステップ110において、計算区間(例えば、10キロメートル)Dを設定した後、ステップ120に移行して、計算区間Dにおける起伏量を5°単位の起伏量としてモデル化する。つまり、図3(b)に示すように、0°,±5°,±10°,…の一様な傾斜を持った走行路としてモデル化する。そして、ステップ130に進み、ハイブリッドECU24は、図3(c)に示す傾斜同一区間D0,D1,D2,D3を設定する。
その後、ハイブリッドECU24は、ステップ140において、予定走行路の起伏状態(各区間D0〜D3の傾斜度合や長さ)、現在の走行状態等を考慮して、傾斜同一区間毎に必要または回収可能な走行エネルギーを算出する。具体的には、図3(d)に示すように、区間D0は平坦路であるため、その走行エネルギーはE0が算出される。また、区間D1は登坂路であるため、走行エネルギーはE0より大きなE1が算出される。さらに、区間D2は降坂路であるため、その走行エネルギーはエネルギーの回収可能を示すマイナス側のE2が算出される。また、区間D3の走行エネルギーは、区間D0と同様に平坦路の走行に必要なE3(=E0)が算出される。
このように、区間毎の走行エネルギーの収支を算出した後、ハイブリッドECU24は、ステップ150に移行して、各区間毎の走行エネルギーに基づいて充電計画を立案する。なお、本実施の形態では、エネルギー効率を考慮し、計算区間Dの最終点でのバッテリ13の充電レベルが、所定の充電量(図3のTC3)になるよう計画される。このとき、所定の充電量TC3は、計算区間D以降の予定走行路が如何なる状態であっても対応できる程度に余裕をもった値に設定されると良い。また、この充電計画は、計算区間Dにおけるエネルギーの消費が最小となるように決定される。ここでは、各区間毎の走行エネルギーE0〜E3が、エンジン10に要求するエンジン出力エネルギーと、モータジェネレータ11に要求するモータ出力エネルギーと、バッテリ13に回収される回収エネルギーとに分配される。
より具体的には、区間D0において、必要な走行エネルギーE0は、エンジン10が効率よく運転される際の出力エネルギーと比較して小さく、また、次の区間D1は、区間D0よりも勾配が増加する登坂路である。このため、図3(e)に示すように、区間D0では、効率よくエンジン10を運転すべくエンジン出力エネルギーE0eを走行エネルギーE0よりも大きくし、余分となるエネルギー(E0e−E0)を回収エネルギーE0bとしてバッテリ13に回収するように計画される。つまり、E0=E0e−E0bとなるようにE0e,E0bが計画される。
また、区間D1において、必要な走行エネルギーE1は、エンジンが効率よく運転される際の出力エネルギーと比較して大きく、次の区間D2が区間D1よりも勾配が減少する降坂路である。このため、区間D1では、効率よくエンジン10を運転すべくエンジン出力エネルギーE1eを走行エネルギーE1よりも小さくし、不足するエネルギー(E1−E1e)をモータ出力エネルギーE1mで得るように計画される。つまり、E0=E1e+E1mとなるようにE1e,E1mが計画される。
さらに、区間D2は降坂路であるため、この区間D2では、回収可能な走行エネルギーE2を回収エネルギーE2bとしてバッテリ13に回収するように計画される。また、区間D3において必要な走行エネルギーE3は、エンジン10が効率よく運転される際の出力エネルギーよりも小さいため、区間D3では、この走行エネルギーE3を、モータ出力エネルギーE3mで得るように計画される。
このように、各区間における充電計画を行った後、ハイブリッドECU24は、ステップ160に移行する。そして、各区間のエンジン出力エネルギー、モータ出力エネルギー及び回収エネルギーが得られるように、エンジン10及びモータジェネレータ11のトルク要求値を算出し、その算出値に基づいてエンジンECU21やモータECU22に対してトルク要求信号を出力する。なお、本実施の形態では、エンジン10及びモータジェネレータ11のトルク要求値が充電制御量に相当する。エンジンECU21は、トルク要求信号に応じた出力となるようエンジン10を制御する。また、モータECU22は、要求トルク信号に応じた出力となるようにモータジェネレータ11を制御する。その結果、バッテリ13の充電量が未来の走行条件に応じて的確に管理されることとなる。
ここで実際に、上述した充電計画通りにエンジン10やモータジェネレータ11が制御された場合、バッテリ13の充電量は、図3(f)に示すように、TC0→TC1→TC2→TC3の順に制御されることとなる。つまり、区間D0において、回収エネルギーE0bによりバッテリ13が充電されるため、充電量は徐々に増加する。このとき、通常はバッテリ13の充電量が所定の上限値(65%)以上となると、バッテリ13の充電は終了される。しかしながら、本実施の形態では、次の走行区間D1が登坂路でありその区間D1で効率よく走行するためにエンジン出力エネルギーとモータ出力エネルギーとが必要であるので、上限値(65%)を超えた充電量TC0まで充電される。
また、区間D1では、バッテリ13のエネルギーがモータ出力として消費されるので、充電量は徐々に低下する。このとき、通常はバッテリ13の充電量が所定の下限値(45%)以下となると、バッテリ13の充電を優先させるべく、効率が悪い運転領域へエンジン出力が増大される。しかしながら、本実施の形態では、次の走行区間D1が降坂路であり、走行エネルギーを回収できるので、下限値(45%)以下の充電量TC1までモータ出力を得ることが可能となる。
さらに、区間D2では、走行エネルギーが回収され充電量はTC2まで徐々に増加し、区間D3では、モータ出力エネルギーとしてバッテリ13のエネルギーが消費され充電量はTC3まで徐々に低下する。
但し、実際の制御時では、10分毎に図2の処理が実施されて、充電計画が見直されるため、充電量TC0〜TC3の値は逐次変化することとなる。また、車両が予定走行路から離脱した場合には、直ちにまたは所定時間後に図2の処理を止めて、通常制御に移行する。そして、その通常制御において、現在の電池の充電状態と現在の車両状態とに応じて、エンジン10及びモータジェネレータ11が制御される。
また、図3に示す以外に、予定走行路が、例えば、起伏量5°の登坂路→起伏量10°の登坂路であり、起伏量5°の登坂路の区間において、バッテリ13を充電し、勾配が増加する起伏量10°の登坂路の区間において、必要なモータ出力が得られるように計画される。つまり、上記2つの区間のうち充電条件が比較的良い区間でバッテリ13の充電が実施されるように計画される。さらには、予定走行路が、例えば、平坦路→降坂路であり、平坦路の区間にて、モータ出力によりバッテリ13の充電量を低下させ、降坂路の区間において、回生エネルギーが十分に回収できるように計画される。つまり、走行エネルギーの回収が可能な区間に至る前に、バッテリ13の充電領域が十分に確保されるように計画される。
なお、図2のステップ100の処理が走行条件取得手段に相当し、ステップ110〜160の処理が充電制御手段に相当する。また、ステップ140の処理がエネルギー収支算出手段に相当し、ステップ150,160の処理が充電制御量算出手段に相当する。
以上詳述した本実施の形態によれば、以下に示す効果が得られる。
(1)予定走行路が複数の区間D0〜D3に分割され、その区間毎に起伏情報に基づいてバッテリ13の充電状態を基準として走行エネルギーの収支が算出される。そして、算出した区間毎の走行エネルギーの収支と、連続する各区間の起伏状態とに基づいて、エンジン10とモータジェネレータ11の運転量が試算され、それに従いバッテリ13の充電量が制御される。この場合、充電条件の良い走行路と悪い走行路とが予知できるため、エネルギー効率の悪い領域でエンジン10が運転されることを防止できる。さらに、降坂路等において、エネルギー回収が行われることが予知できるため、その走行時に回生エネルギーを十分にバッテリ13に回収することが可能となる。以上のことより、バッテリ13の充電を的確に実施してエネルギー効率を向上することができる。
(2)予定走行路が複数の区間D0〜D3に分割され、各区間D0〜D3の長さと起伏量に基づいて、該区間毎にその走行に必要な走行エネルギーE0〜E3が算出される。この場合、複数の区間毎に走行エネルギーE0〜E3が管理されることにより、各区間D0〜D3における車両の走行状態を望み通りに制御できる。
(3)算出した区間毎の走行エネルギーE0〜E3と、連続する各区間D0〜D3の長さと起伏量に基づいて、エンジン10又はモータジェネレータ11の運転による充電制御量が算出される。この充電制御量は、エンジン10に要求するエンジン出力エネルギーE0e,E1eと、モータジェネレータ11に要求するモータ出力エネルギーとE1m,E3mと、電池に回収する回収エネルギーE0b,E2bとに分配して算出され、走行エネルギーの収支がエンジン10の出力やモータジェネレータ11の出力やバッテリ13への回収のいずれにより達せられるかが決定される。このようにすれば、各区間D0〜D3の走行エネルギーの収支が適正に管理でき、走行に必要なエネルギーが常に確保できる。
(4)予定走行路が一様な勾配を持つ走行路として複数区間D0〜D3に分割され、その区間D0〜D3毎に算出された必要な走行エネルギーE0〜E3に応じてエンジン10とモータジェネレータ11とが制御される。つまり、一様な勾配の区間では、エネルギー収支の傾向は変化が少なく、その区間内では同じ制御を継続すればよい。この場合、計算区間D内の分割数は必要最小限となり、例えば、等間隔で多数に分割する場合と比べて、ハイブリッドECU24の演算負荷を軽減できる。
(5)登坂路の区間D1に至る前の区間D0において、通常制御時の上限値(65%)を超えた充電量TC0までバッテリ13が充電されるよう計画され、区間D1において、その充電量TC0から通常制御時の下限値(45%)を超えた充電量TC1までモータ出力が得られるよう計画される。これにより、登坂路の区間D1を走行する際には、モータ出力を十分に得ることができ、ドライバビリティを向上できる。
(6)降坂路の区間D2に至る前の区間D1において、所定の下限値(45%)を超えた充電量TC1までバッテリ13の充電量が低下するようように計画される。この場合、区間D1の走行中に、エネルギー回生のための十分な充電領域が確保され、降坂路の区間D2を走行する際には、回生エネルギーを十分に回収でき、エネルギー効率を向上できる。
なお本発明は、上記以外に次の形態にて具体化できる。上記実施の形態において、ナビゲーションシステムから得られた予定走行路の起伏状態に基づいて図3(f)に示す目標の充電量TC0〜TC3を算出し、その目標の充電量となるように、エンジン10及びモータジェネレータ11を駆動制御するように構成してもよい。このようにしても、エネルギー効率の悪い領域でエンジン10が運転されることを防止でき、さらに、回生エネルギーを十分に電池に回収することが可能となるので、エネルギー効率を向上できる。
上記実施の形態では、車両運転者がデータ設定/表示装置37の操作パネルを操作して目的地が入力されたとき、図2の処理を開始するようにしたが、これに限定するものではない。具体的には、高速道路や山道等の分岐のない一本道を走行する際に、NAVI_ECU31からの通信情報に基づいて、一本道を走行することをハイブリッドECU24が認識したとき、図2の処理を開始させるようにしてもよい。また例えば、高速道路を走行する場合、現在位置から次の高速道路の出口までの区間を計算区間Dとして設定し、図2のステップ120〜160の処理を実施する。要は、ナビゲーションシステム等を用い、これから走行する予定走行路を判定できる場合に図2の処理を実施するものであればよい。
また、上記実施の形態では、計算区間Dを10キロメートルとしたが、この計算区間Dを現在の走行条件(例えば、車速等)に応じて可変に設定する構成としてもよい。
さらに、上記実施の形態では、計算区間Dを一様な傾斜を持つ区間D0〜D3に分割したが、この計算区間Dを等間隔の区間に分割してもよい。この場合、各区間毎の起伏量に基づいて走行エネルギーを算出し、その走行エネルギーに応じてバッテリ13の充電量を制御する。
また、上記実施の形態では、図2の処理を10分毎に繰り返すこととしたが、例えば、所定距離を走行したタイミングで繰り返すようにしてもよい。勿論、図2のステップ130にて設定した傾斜同一区間毎に図2の処理を繰り返すようにしてもよい。この場合、計画した充電量と実際の充電量とを比較できるので、充電量のズレ量を補正した的確な制御が実施できる。
上記実施の形態では、走行条件として道路の起伏量を得るようにしたが、その他に高速道路なのか一般道路なのか、或いは、直線またはカーブの多い道路なのか等の情報を合わせ、これらの情報を取得して、その走行条件に応じてバッテリ13の充電を制御してもよい。
また、予定走行路の走行条件を得る手段は、ナビゲーションシステムに限定するものではなく、他の通信手段を用いて走行条件を取得してもよい。上記実施の形態では、パラレルハイブリッドシステムに適用したが、シリーズハイブリッドシステムに適用してもよい。勿論、パラレルハイブリッドシステムとシリーズハイブリッドシステムとを組み合わせたシステムに適用することもできる。
10…エンジン、11…モータとしてのモータジェネレータ、13…電池としてのバッテリ、24…ハイブリッドECU、33…位置検出手段を構成するGPS受信機、34…位置検出手段を構成する車輪速センサ、35…位置検出手段を構成する方位センサ、36…地図記憶手段としての外部記憶装置、D0,D1,D2,D3…区間、E0,E1,E2,E3…走行エネルギー、E0e,E1e…エンジン出力エネルギー、E1m,E3m…モータ出力エネルギー、E0b,E2b…回収エネルギー。