JP2007239511A - 車両の駆動制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】内燃機関及び電動発電機を動力源として備えるハイブリッド車両において、車両としての効率の最適化を図る。
【解決手段】車両１０のフロント側にはエンジン１４が設けられ、リア側には電動発電機３２が設けられている。オルタネータ１７の発電電力と電動発電機３２の回生電力とにより高電圧バッテリ４３に電気エネルギが蓄えられるとともに、電動発電機３２の駆動に伴い高電圧バッテリ４３から電気エネルギが放出される。ハイブリッドＥＣＵ５２は、エンジン１４の燃料消費量と電動発電機３２の燃料消費量とを算出するとともに、それら各燃料消費量に基づいてエンジン１４及び電動発電機３２の各動力の配分を決定する。このとき特に、高電圧バッテリ４３の蓄電エネルギに関与する燃料消費量を算出し、該燃料消費量を反映して電動発電機３２の燃料消費量を算出する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、車両の駆動制御装置に関するものである。

従来から、動力源としてエンジン（内燃機関）とモータ（電動機）とを備え、これらエンジンとモータとによって走行を可能とするハイブリッド車両が実用化されている。例えば、車両走行モードとしては、エンジンの動力のみで車両走行を行うエンジン走行モード、エンジン及びモータの両方の動力により車両走行を行うモータアシスト走行モード、モータによる発電でバッテリを充電しつつ車両走行を行う充電走行モードなどがあり、これら各走行モードのいずれかが選択されて車両走行が行われる。

かかるハイブリッド車両において、車両走行に必要な駆動力をエンジンとモータとに適切に配分することを目的とし、バッテリの電力残量（ＳＯＣ状態）に応じて上記の各走行モードの切り替えを実施する技術が知られている（例えば、特許文献１参照）。具体的には、モータアシスト走行モードでは消費電力に対する消費燃料の効率が最も良いモータ駆動力比率を選択し、充電走行モードにおいては発電量に対する消費燃料の効率が最も良いモータ駆動力比率を選択するという技術が知られている。この場合、マップを用い、バッテリの電力残量（ＳＯＣ状態）に応じてモータアシスト走行モードや充電走行モードといった車両走行モードを決定している。また、モータ駆動力をパラメータとしてエンジンでの燃料消費量が最も低減できる駆動力を決定している。

しかしながら、上記従来技術では以下に示す問題がある。つまり、モータ駆動時のエネルギ効率は、モータの発電によりバッテリ充電が行われる際の燃料消費によっても変動する。この点、上記従来技術ではモータの発電時の燃料消費を考慮していないため、エネルギ効率の算出精度が低下する。したがって、エンジンとモータとの駆動力分配が適正に行われず、結果として最適に燃料消費量を低減することができないといった問題があった。
特許第３６６２９０４号公報

本発明は、内燃機関及び電動発電機を動力源として備えるハイブリッド車両において、車両としての効率の最適化を図ることができる車両の駆動制御装置を提供することを主たる目的とするものである。

本発明の適用車両は、動力源として内燃機関及び電動発電機を備えており、内燃機関及び電動発電機による少なくともいずれかの動力により走行可能となっている。また、内燃機関の動力により駆動されて発電を行う発電機と、電気エネルギを蓄えるバッテリとを備えており、発電機の発電電力と電動発電機の回生電力とによりバッテリに電気エネルギが蓄えられるとともに、電動発電機の駆動に伴いバッテリから電気エネルギが放出されるようになっている。

また、第１の燃料消費量算出手段は、内燃機関の運転に伴い消費される燃料消費量である第１の燃料消費量を算出し、第２の燃料消費量算出手段は、電動発電機の駆動に伴い消費される燃料消費量である第２の燃料消費量を算出する。そして、動力配分決定手段は、第１，第２の燃料消費量算出手段により算出した各燃料消費量に基づいて内燃機関及び電動発電機の各動力の配分を決定する。この場合特に、第２の燃料消費量算出手段は、バッテリの蓄電エネルギに関与する燃料消費量を算出し、該燃料消費量を反映して前記第２の燃料消費量を算出する。

上記によれば、バッテリの蓄電エネルギに関与する燃料消費量を反映して第２の燃料消費量（電動発電機の駆動に伴い消費される燃料消費量）を算出するため、当該第２の燃料消費量の算出精度を高めることができる。つまり、例えばバッテリ充電のために発電機の発電により燃料消費が行われる場合にも、その発電時の燃料消費を考慮することで第２の燃料消費量（電動発電機の駆動に伴い消費される燃料消費量）を適正に算出することができる。こうして第２の燃料消費量（電動発電機の駆動に伴い消費される燃料消費量）の算出精度が高められることにより、内燃機関及び電動発電機の各動力の配分を良好に行い、車両としての効率の最適化を図ることができる。

ここで、請求項２に記載したように、発電機による発電に要した燃料消費量に基づいて、バッテリの蓄電エネルギに関与する燃料消費量を算出すると良い。

請求項３に記載の発明では、発電機による発電量及び同発電機の発電による燃料消費量増加分に基づいて算出した単位発電量当たりの燃料消費量増加分と、バッテリの電力収支の状態とをパラメータとして、バッテリの蓄電エネルギに関与する燃料消費量を算出する。この場合、発電機による発電量と同発電機の発電による燃料消費量増加分とに基づいて算出した単位発電量当たりの燃料消費量増加分をパラメータとすることにより、実際の発電状況に則したエネルギ効率の算出が可能となる。

ここで、請求項４に記載したように、発電機による発電時の燃料消費量である発電時燃料消費量と、発電機による非発電時の燃料消費量である非発電時燃料消費量とをそれぞれ算出し、それら発電時燃料消費量と非発電時燃料消費量との差分により前記燃料消費量増加分を算出すると良い。これにより、発電機の発電による燃料消費量増加分を簡易にかつ正確に求めることができる。

また、請求項５に記載の発明では、内燃機関及び電動発電機の各動力の分配比率を複数設定しておき、その複数の分配比率でそれぞれ前記第１，第２の燃料消費量を算出するとともに、それら第１，第２の燃料消費量の和が最小となる分配比率により、内燃機関及び電動発電機の各動力の配分を決定する。この場合、省エネルギの観点で最適なる分配比率を求めることができる。

なお簡易には、例えば、内燃機関の動力のみで車両走行する走行モードと、内燃機関及び電動発電機の両方の動力により車両走行する走行モードと、電動発電機の動力のみで車両走行する走行モードとについて、各モードでの燃料消費量をそれぞれ算出し、どの走行モードでの燃料消費量が最も少ないかで都度の走行モードを決定するようにしても良い。

ここで、車両の前輪側及び車輪側のいずれか一方に内燃機関を設けるとともに、他方に電動発電機を設けた車両（請求項６）においては、上記各発明によって、動力の前後配分を最適に行うことが可能となる。

請求項７に記載の発明では、電動発電機を設ける車輪側において、車輪回転を伝達する車軸（ディファレンシャルギアが設けられる車両ではディファレンシャル連結軸）に電動発電機と補機装置（例えば、空調用のコンプレッサ）とを動力分配装置を介して機械的に連結した。かかる構成によれば、内燃機関による車両走行時には、車軸から伝達される動力により電動発電機と補機装置が作動し、要求に応じて車室内の空調等が行われる。そして、車両の減速時等になると車軸からの動力により電動発電機で回生発電が行われる。このとき、車軸からの動力がトランスミッションを介することなく電動発電機に伝達されるため、回生エネルギを効率良く回収できる。また、車両の走行停止時等には、電動発電機の動力により補機装置が駆動されて空調等が行われる。

以下、本発明を具体化した一実施の形態を図面に従って説明する。本実施の形態は、エンジンと電動発電機とを動力源としそれらいずれかの動力により走行する、いわゆるハイブリッド自動車に具体化する事例を説明する。図１は、本実施の形態における車両システムの概略構成を示す図面である。なお図１では、左側が車両前方であり、右側が車両後方である。

図１において、車両１０はその前後に２つの動力発生手段を具備しており、前輪側には第１の動力発生手段としての主動力ブロックＤ１が搭載され、後輪側には第２の動力発生手段としての副動力ブロックＤ２が搭載されている。車両１０は、これら２つの動力ブロックＤ１，Ｄ２にて発生する動力により走行する。

すなわち、車両１０のフロント部分には、主駆動輪として左右２つの前輪１１，１２が設けられ、それらの前輪１１，１２に結合された車軸１３に主動力ブロックＤ１が連結されている。主動力ブロックＤ１は、ガソリンや軽油等の燃料の燃焼により動力を発生する主動力源としてのエンジン１４と、トルクコンバータ及びギア変速機を有するオートマチックトランスミッション（ＡＴ、以下単にトランスミッションという）１５とを備えており、エンジン１４の出力はトランスミッション１５を介して車軸１３に伝達され、その結果左右の前輪１１，１２が回転する。エンジン１４の出力軸にはベルト等の連結手段１６を介して発電機としてのオルタネータ１７が接続されている。

車両１０のリア部分には、副駆動輪として左右２つの後輪２１，２２が設けられ、それら各後輪２１，２２に連結された車軸２３，２４の間にディファレンシャルギア２５が設けられている。そして、このディファレンシャルギア２５に駆動軸３４を介して副動力ブロックＤ２が連結されている。副動力ブロックＤ２は、遊星ギア装置により構成される動力分配装置３１と、副動力源としての電動発電機３２と、補機装置としてのエアコン用コンプレッサ（以下、単にコンプレッサともいう）３３とを備えている。電動発電機３２は駆動軸３５を介して動力分配装置３１に連結され、コンプレッサ３３は駆動軸３６を介して動力分配装置３１に連結されている。電動発電機３２は、例えば交流同期型のモータジェネレータ（Motor Generator）により構成され、電力の供給により駆動される電動機としての機能（力行機能）と、機械エネルギを電気エネルギに変換する発電機としての機能（回生機能）とを兼ね備えている（図１等では、電動発電機３２を「ＭＧ」としている）。電動発電機３２には、インバータ等よりなる電力変換ユニット３８が接続されている。電力変換ユニット３８は電力変換手段に相当し、これにより電力の直流−交流変換が行われる。

なお、動力分配装置（遊星ギア装置）３１に連結される３つの駆動軸３４〜３６について、以下の説明では便宜上、駆動軸３４を「デフ連結軸３４」、駆動軸３５を「ＭＧ連結軸３５」、駆動軸３６を「コンプレッサ連結軸３６」とも言うこととする。

電源系の構成としては、定格１２Ｖのバッテリ４１と、降圧回路や昇圧回路を構成するＤＣ−ＤＣコンバータ４２と、主動力ブロックＤ１のオルタネータ１７並びに副動力ブロックＤ２の電力変換ユニット３８に接続された蓄電手段としての高電圧バッテリ４３とを備える。

また、本システムは、各種の電子制御ユニット（ＥＣＵ）を備えており、各ＥＣＵは図示しない各種センサ等の検出値に基づいてアクチュエータ等の駆動を制御する。具体的には、エンジン・ＡＴ＿ＥＣＵ５１は、エンジン制御手段及びトランスミッション制御手段を構成するものであり、都度のエンジン運転状態等に基づいて燃料噴射制御、点火時期制御といったエンジン制御や、トランスミッション変速段（ＡＴレンジ）の切替制御を適宜実施する。ハイブリッドＥＣＵ５２は、車両１０の全体を統括的に制御する車両制御手段を構成するものであり、電力変換ユニット３８に対して制御信号を出力することで電動発電機３２の駆動又は発電の状態等を制御する。エアコンＥＣＵ５３は、空調制御手段を構成するものであり、ドライバの要求や車両の走行状態等に基づいてコンプレッサ３３を駆動して空調制御を実施する。これら各ＥＣＵ５１〜５３は、いずれもＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等よりなる周知のマイクロコンピュータを中心に構成されるものであり、各ＥＣＵ間で相互に制御データ等の送受信が可能となっている。

副動力ブロックＤ２の詳細な構成を図２の模式図を基に説明する。図２において、動力分配装置（遊星ギア装置）３１は、互いに同じ軸心回りに回転するサンギア６１及びリングギア６２と、これらサンギア６１及びリングギア６２にかみ合って公転しながら自転するピニオンギア６３を有するキャリア６４とを具備している。そして、サンギア６１にデフ連結軸３４が接続され、リングギア６２にコンプレッサ連結軸３６が接続され、キャリア６４にＭＧ連結軸３５が接続されている。

デフ連結軸３４とコンプレッサ連結軸３６との間には切替手段としての直結クラッチ６５が設けられている。直結クラッチ６５は、例えばＯＮ／ＯＦＦ切替式のクラッチであり、ハイブリッドＥＣＵ５２からの指令に基づいてＯＮ／ＯＦＦ（継合又は非継合）が切り替えられる。ただし、切替手段として、ワンウェイクラッチや遠心クラッチ等を用いることも可能である。

直結クラッチ６５がＯＮ（継合）される場合、デフ連結軸３４からの動力はコンプレッサ連結軸３６を介してコンプレッサ３３に伝達される。その際、動力分配装置３１の３軸（デフ連結軸３４、ＭＧ連結軸３５及びコンプレッサ連結軸３６）は共に同速回転する。これに対し、直結クラッチ６５がＯＦＦ（継合遮断）される場合、デフ連結軸３４とコンプレッサ連結軸３６とは分断された状態となり、動力分配装置３１の３軸は遊星ギアのプラネタリギア比ρの関係に基づく回転速度でそれぞれ回転する。ここでプラネタリギア比ρはサンギアの歯数をリングギアの歯数で割ったものである。

コンプレッサ連結軸３６には、エアコンスイッチ（図示略）の状態等に応じてＯＮ／ＯＦＦされるコンプレッサクラッチ６６が設けられている。このコンプレッサクラッチ６６は現実にはコンプレッサ３３と一体に設けられ、エアコンＥＣＵ５３からコンプレッサ３３に出力される指令に基づいてコンプレッサクラッチ６６がＯＮ／ＯＦＦされる。

上記構成の車両システムでは、車両走行時においてデフ連結軸３４から入力される動力により電動発電機３２とコンプレッサ３３が作動する。これにより、エアコン等の稼働が可能となる。そして、車両の減速時等には、デフ連結軸３４からの動力により電動発電機３２で回生発電が行われ、電力変換ユニット３８を通じてバッテリ充電が行われる。また、車両の走行停止時等には、電動発電機３２の動力によりコンプレッサ３３の作動が可能となる。また更に、電動発電機３２で発生した動力が動力分配装置３１を介してディファレンシャルギア２５に伝達され、更に左右の後輪２１，２２に伝達されることで、電動発電機３２の動力のみによる車両走行、又はエンジン１４の動力と協働した車両走行が可能となる。

本車両１０では、上記構成によって、エンジン１４又は電動発電機３２のいずれかの発生動力により走行する二輪駆動走行（２ＷＤ走行）と、エンジン１４及び電動発電機３２の両方の発生動力により走行する四輪駆動走行（４ＷＤ走行）とが可能となっている。

図３は、本車両システムにおける制御系の電気的構成の概略を示すブロック図である。ただしここでは、車両走行系に関する構成のみを抽出し図示している。

図３において、エンジン・ＡＴ＿ＥＣＵ５１には、エンジン回転速度を検出するためのエンジン回転速度センサ７１、エンジン１４への吸入空気量を検出するエアフロメータ７２など、エンジン運転状態を検出するための各種センサが接続されており、これら各センサから検出信号が入力される。また、ハイブリッドＥＣＵ５２には、電動発電機３２の回転速度（ＭＧ回転速度）を検出するためのＭＧ回転速度センサ７４、車両速度（車速）を検出する車速センサ７５、ドライバによるアクセル操作を検出するアクセルセンサ７６、ドライバによるブレーキ操作を検出するブレーキスイッチ７７、トランスミッション１５の変速段を検出する変速スイッチ７８など、車両走行状態等を検出するための各種センサやスイッチが接続されており、これら各センサ等から検出信号が入力される。なお、上記のいずれの情報も各ＥＣＵ５１，５２間で共有されるようになっている。

エンジン・ＡＴ＿ＥＣＵ５１は、上記の各種センサ等の検出信号に基づいてインジェクタによる燃料噴射制御、点火装置による点火時期制御、トランスミッション１５の自動変速制御等を実行する。また、ハイブリッドＥＣＵ５２は、電力変換ユニット３８を介して電動発電機３２の駆動状態や回生状態等を制御する。

ここで、本車両システムにおける燃料消費量（エネルギ効率）について考察する。図４は、本システムのエネルギ消費の流れを示す概念図である。

図４において、エンジン１４の動力のみで車両走行する場合（エンジン走行時）には、燃料がエンジン１４で燃焼され、その燃焼により生じるエンジントルクにより車輪（本実施の形態では前輪１１，１２）に駆動力が発生する。このとき、概念的にはルートＲ１の経路でエネルギ（燃料）が消費され、それに伴い車両走行が行われる。

モータアシスト走行又はＥＶ走行を行う状態など、電動発電機３２の動力で車両走行する場合に用いられる電気エネルギは、エネルギ消費の流れにおいて２つの経路が考えられる。まず１つ目は、オルタネータ１７の発電に伴い高電圧バッテリ４３の充電が行われ、その高電圧バッテリ４３に蓄えられた電気エネルギを用いた電動発電機３２の駆動により車両が走行する経路である。このとき、概念的にはルートＲ２の経路でエネルギ（燃料）が消費され、それに伴い車両走行が行われる。

次に２つ目は、電動発電機３２の回生電力により高電圧バッテリ４３が充電され、そのエネルギを用いた電動発電機３２の駆動により車両走行が行われる経路である。このとき、概念的にはルートＲ３の経路でエネルギが消費される。

なお、エアコンの稼働時において電動発電機３２によりコンプレッサ３３が駆動される場合にも、高電圧バッテリ４３のエネルギが消費される。

車両において、前輪側ではエンジン１４の運転によってエネルギが消費され、後輪側では電動発電機３２の駆動によりエネルギが消費される。このとき、前輪側及び後輪側のエネルギ消費量の総和が車両システム全体のエネルギ消費量となり、その車両システム全体のエネルギ消費量が最小となるように前輪側及び後輪側の動力配分を決定することにより、省エネルギ化が実現できる。

本実施の形態では、エンジン１４の運転に伴い消費される燃料消費量（以下、エンジン燃料消費量という）を算出するとともに、電動発電機３２の駆動に伴い消費される燃料消費量（以下、ＭＧ燃料消費量という）を算出し、それら各燃料消費量に基づいて車両全体の燃料消費量を算出する。そして、車両全体の燃料消費量が最小となる条件でエンジン１４及び電動発電機３２の各動力の配分（車両前後のトルク配分）を決定する。この場合特に、高電圧バッテリ４３の蓄電エネルギに関与する燃料消費量としてバッテリ効率を算出し、該バッテリ効率を反映してＭＧ燃料消費量を算出する。なお、本実施の形態では、エンジン燃料消費量が「第１の燃料消費量」に相当し、ＭＧ燃料消費量が「第２の燃料消費量」に相当する。

図５は、本車両システムのエネルギ効率として車両全体の燃料消費量を算出するための機能ブロック図である。

図５において、まず要求駆動力算出部Ｍ１では、要求加速度マップを用い、アクセル開度と車速とをパラメータとしてドライバ要求加速度を算出するとともに、車速に基づいて車両の走行抵抗を算出する。図９に示すように、要求加速度マップには、車速とアクセル開度とに対応付けて要求加速度がマップ値として登録されており、都度のパラメータ値に基づいてドライバ要求加速度が算出される。走行抵抗は、あらかじめ作成された走行抵抗デーブル又は数式に基づいて算出される。そして、要求加速度及び走行抵抗の加算値と車両重量とにより要求駆動力を算出する。

また、前後トルク分配部Ｍ２では、前記要求駆動力算出部Ｍ１で算出した要求駆動力を、所定の分配比にて前輪側及び後輪側に分配してフロント軸トルクとリア軸トルクとを算出する。

その後、エンジン軸トルク変換部Ｍ３では、トランスミッション１５のギア比、ギア効率及びトルコンの伝達効率をパラメータとして用いてフロント軸トルクをエンジン軸トルクに変換する。さらに、エンジン効率算出部Ｍ４では、エンジン軸トルクとエンジン回転速度とに基づいてエンジン燃料消費量〔ｇ／ｓ〕を算出する。エンジン効率算出部Ｍ４の詳細な構成（図６）については後述する。

一方で、ＭＧ軸トルク変換部Ｍ５では、動力分配装置３１のギア比及びギア効率をパラメータとして用いてリア軸トルクをＭＧ軸トルクに変換する。さらに、ＭＧ効率算出部Ｍ６では、ＭＧ軸トルクとＭＧ回転速度とに基づいてＭＧ燃料消費量〔ｇ／ｓ〕を算出する。ＭＧ効率算出部Ｍ６の詳細な構成（図７）については後述する。

そして、車両効率算出部Ｍ７では、エンジン燃料消費量〔ｇ／ｓ〕とＭＧ燃料消費量〔ｇ／ｓ〕とを加算して、本車両全体の燃料消費量〔ｇ／ｓ〕を算出する。

次に、エンジン効率算出部Ｍ４とＭＧ効率算出部Ｍ６の詳細を説明する。図６に示すように、エンジン効率算出部Ｍ４では、エンジン効率マップを用い、エンジン軸トルクとエンジン回転速度とをパラメータとしてエンジン１４の燃料消費率〔ｇ／ｓｋＷ〕を算出する。図１０に示すように、エンジン効率マップには、エンジン軸トルクとエンジン回転速度とに対応付けて等燃費率曲線が規定されており、都度のパラメータ値に基づいてエンジン１４の燃料消費率（エンジン効率）が算出される。一方で、エンジン軸トルクとエンジン回転速度とに基づいてエンジン出力〔ｋＷ〕を算出する。そして、エンジン１４の燃料消費率〔ｇ／ｓｋＷ〕とエンジン出力〔ｋＷ〕との乗算によりエンジン燃料消費量〔ｇ／ｓ〕を算出する。エンジン燃料消費量〔ｇ／ｓ〕は「フロント軸側のエネルギ効率」に相当する。

また、図７に示すように、ＭＧ効率算出部Ｍ６では、ＭＧ効率マップを用い、ＭＧ軸トルクとＭＧ回転速度とをパラメータとしてＭＧ駆動効率を算出する。図１１に示すように、ＭＧ効率マップには、ＭＧ軸トルクとＭＧ回転速度とに対応付けてＭＧ駆動効率がマップ値として登録されており、都度のパラメータ値に基づいてＭＧ駆動効率が算出される。一方で、ＭＧ軸トルクとＭＧ回転速度とに基づいてＭＧ出力のベース値〔ｋＷ〕を算出する。そして、ＭＧ出力のベース値〔ｋＷ〕をＭＧ駆動効率で除算することにより、電動発電機３２による消費電力であるＭＧ出力〔ｋＷ〕を算出する。

また、ＭＧ効率算出部Ｍ６にはバッテリ効率算出部Ｍ１０が設けられている。バッテリ効率算出部Ｍ１０では、高電圧バッテリ４３の電力収支の状態と、オルタネータ１７による発電に要する燃料消費量とに基づいてバッテリ効率の算出を実施する。そして、ＭＧ出力とバッテリ効率との乗算によりＭＧ燃料消費量〔ｇ／ｓ〕を算出する。ＭＧ燃料消費量〔ｇ／ｓ〕は「リア軸側のエネルギ効率」に相当する。

ここで、オルタネータ１７による発電が行われる場合、その発電によりエンジン軸トルクにオルタネータ１７によるトルクが付加され、エンジンの動作点が変わる。つまり、燃料消費量が発電量により変化する。そこで本実施の形態では、発電制御のパラメータとして、単位発電量当たりの燃料消費量増加分（以下「オルタ電費」という）を用いる。このオルタ電費は次のようにして算出される。まず、エンジン運転中（車両走行中）に、オルタネータ１７の発電を実行した場合の燃料消費量（発電時燃料消費量）と、オルタネータ１７の発電を停止した場合の燃料消費量（非発電時燃料消費量）とを算出するとともに、それらの差分から発電による燃料消費量増加分を算出する。そして、この発電による燃料消費量増加分をオルタネータ１７の発電量で割り算してオルタ電費（単位発電量当たりの燃料消費量増加分）を算出する。
オルタ電費(g/skW)＝（発電時燃料消費量−非発電時燃料消費量）／発電電力
本実施の形態では、上記のオルタ電費をパラメータとして用いてバッテリ効率を算出する。以下に、バッテリ効率算出部Ｍ１０の詳細な構成を図８により説明する。

図８において、バッテリ効率算出部Ｍ１０は、オルタ電費の算出パラメータとなる発電時燃料消費量（Ｑ１）と非発電時燃料消費量（Ｑ２）とを算出するための発電時燃料消費量算出部Ｍ１１、非発電時燃料消費量算出部Ｍ１２を有しており、それら発電時燃料消費量と非発電時燃料消費量との差分（Ｑ１−Ｑ２）により、オルタネータ１７の発電分に相当する燃料消費量（Ｑ３）を算出する。そして、その燃料消費量（Ｑ３）をオルタネータ１７の発電電力により除算することで、オルタ電費〔ｇ／ｓｋＷ〕を算出する。

詳細には、発電時燃料消費量算出部Ｍ１１では、エンジン効率マップを用い、エンジン軸トルクとエンジン回転速度とに基づいてエンジン１４の燃料消費率〔ｇ／ｓｋＷ〕を算出するとともに（エンジン効率マップは前述の図１０参照のこと）、同じくエンジン軸トルクとエンジン回転速度とに基づいてエンジン出力〔ｋＷ〕を算出する。そして、エンジン１４の燃料消費率〔ｇ／ｓｋＷ〕とエンジン出力〔ｋＷ〕との乗算により発電時燃料消費量〔ｇ／ｓ〕を算出する。このとき、エンジン軸トルクは、オルタネータ１７による発電に要するトルク分も含んでおり、そのエンジン軸トルクをパラメータとすることで「発電時燃料消費量」が算出される。

また、非発電時燃料消費量算出部Ｍ１２では、図１２に示すオルタネータ効率マップを用い、オルタネータ１７の発電電力とオルタネータ回転速度とに基づいてオルタネータ効率を算出するとともに、同じくオルタネータ１７の発電電力とオルタネータ回転速度とに基づいてオルタネータトルクのベース値を算出する。なお、オルタネータ回転速度はエンジン回転速度を基に算出される。そして、オルタネータトルクのベース値をオルタネータ効率で除算することによりオルタネータトルクを算出する。

さらに、エンジン軸トルクからオルタネータトルクを減算したトルク値とエンジン回転速度とをパラメータとして、再びエンジン１４の燃料消費率〔ｇ／ｓｋＷ〕とエンジン出力〔ｋＷ〕とを算出するとともに、その燃料消費率〔ｇ／ｓｋＷ〕とエンジン出力〔ｋＷ〕との乗算により非発電時燃料消費量〔ｇ／ｓ〕を算出する。このとき、オルタネータ発電分を含むエンジン軸トルクからオルタネータトルクを差し引いたトルク値をパラメータとすることで「非発電時燃料消費量」が算出される。

そして、発電時燃料消費量から非発電時燃料消費量を減算することにより、発電による燃料消費量増加分〔ｇ／ｓ〕を算出し、さらにその燃料消費量増加分を発電電力で除算してオルタ電費〔ｇ／ｓｋＷ〕を算出する。

また、オルタ電費と、バッテリ状態を表すバッテリパラメータ（残存電力情報、放電電力情報、充電電力情報）とに基づいてバッテリ効率〔ｇ／ｓｋＷ〕を算出する。このとき、バッテリ効率は次の（１）式により算出される。また、そのバッテリ効率の算出パラメータである高電圧バッテリ４３の残存電力は（２）式により算出される。

次に、上記車両システムにおける燃料消費量の算出手順を図１３〜図１６のフローチャートを用いて詳しく説明する。図１３は、車両全体の燃料消費量算出ルーチンを示すフローチャートであり、本ルーチンはハイブリッドＥＣＵ５２によって例えば所定の時間周期で繰り返し実行される。

図１３において、ステップＳ１０１では、現在のエンジン運転条件を読み込み、続くステップＳ１０２では、アクセル開度と車速とをパラメータとして求めたドライバ要求加速度や車両の走行抵抗等に基づいて要求駆動力を算出する。その後、ステップＳ１０３では、前記算出した要求駆動力を、所定の分配比率にて前輪側及び後輪側に分配してフロント軸トルクとリア軸トルクとを算出する。

その後、ステップＳ１０４では、トランスミッション１５のギア比、ギア効率及びトルコンの伝達効率をパラメータとして用いてフロント軸トルクをエンジン軸トルクに変換する（エンジン軸トルク＝フロント軸トルク／（ギア比×ギア効率×トルコンの伝達効率））。さらに、ステップＳ１０５ではエンジン燃料消費量を算出する。このエンジン燃料消費量の算出手順の詳細を図１４に示す。

図１４において、ステップＳ２０１では、現在のエンジン運転条件を読み込み、続くステップＳ２０２では、現在のエンジン回転速度を算出する。その後、ステップＳ２０３では、エンジン効率マップを参照し、エンジン軸トルクとエンジン回転速度とをパラメータとしてエンジン１４の燃料消費率〔ｇ／ｓｋＷ〕を算出する。また、ステップＳ２０４では、エンジン軸トルクとエンジン回転速度との乗算によりエンジン出力〔ｋＷ〕を算出する。そして、エンジン１４の燃料消費率〔ｇ／ｓｋＷ〕とエンジン出力〔ｋＷ〕との乗算によりエンジン燃料消費量〔ｇ／ｓ〕を算出する。

図１３の説明に戻り、ステップＳ１０６では、動力分配装置３１のギア比及びギア効率をパラメータとして用いてリア軸トルクをＭＧ軸トルクに変換する（ＭＧ軸トルク＝リア軸トルク／（ギア比×ギア効率））。さらに、ステップＳ１０７ではＭＧ燃料消費量を算出する。このＭＧ燃料消費量の算出手順の詳細を図１５に示す。

図１５において、ステップＳ３０１では、現在の電動発電機３２の運転条件を読み込み、続くステップＳ３０２では、現在のＭＧ回転速度を算出する。その後、ステップＳ３０３では、ＭＧ効率マップを参照し、ＭＧ軸トルクとＭＧ回転速度とをパラメータとしてＭＧ駆動効率〔ｇ／ｓｋＷ〕を算出する。また、ステップＳ３０４では、ＭＧ軸トルクとＭＧ回転速度との乗算によりエンジン出力のベース値〔ｋＷ〕を算出し、ステップＳ３０５では、ＭＧ出力のベース値〔ｋＷ〕をＭＧ駆動効率で除算することによりＭＧ出力〔ｋＷ〕を算出する。

その後、ステップＳ３０６ではバッテリ効率〔ｇ／ｓｋＷ〕を算出する。ただしその詳細は後述する。最後に、ステップＳ３０７では、ＭＧ出力〔ｋＷ〕とバッテリ効率〔ｇ／ｓｋＷ〕との乗算によりＭＧ燃料消費量〔ｇ／ｓ〕を算出する。

ＭＧ燃料消費量の算出後、図１３のステップＳ１０８では、エンジン燃料消費量〔ｇ／ｓ〕とＭＧ燃料消費量〔ｇ／ｓ〕とを加算して、本車両全体の燃料消費量〔ｇ／ｓ〕を算出する。

図１６は、バッテリ効率の算出ルーチンを示すフローチャートである。図１６において、ステップＳ４０１では、現在の運転条件を読み込み、続くステップＳ４０２では、要求発電量のトルク換算を実施する。ここで、要求発電量は、オルタネータ１７の最大発電可能量や発電効率等から算出され、その要求発電量分の発電を行うのに必要なトルクを算出する。

その後、ステップＳ４０３では、オルタネータ１７の発電中であるか否かを判定する。発電中であれば、ステップＳ４０４で現在の発電量をトルクに換算するとともに、続くステップＳ４０５で、現在のエンジン軸トルクから現在の発電量トルクを減算して非発電時トルクを算出する（非発電時トルク＝エンジン軸トルク−発電量トルク）。この非発電時トルクは、オルタネータ１７による発電停止時のエンジン軸トルクに相当する。一方、発電中でなければ、ステップＳ４０６に進み、現在のエンジン軸トルクをそのまま非発電時トルクとする。

上記のように非発電時トルクを算出した後、ステップＳ４０７に進み、エンジン軸トルクに要求発電量トルクを加算して発電時トルクを算出する。この発電時トルクは、オルタネータ１７による発電実行時のエンジン軸トルクに相当する。

その後、ステップＳ４０８では、エンジン効率マップを用い、エンジン回転速度と非発電時トルクとに基づいて非発電時燃料消費率〔ｇ／ｓｋＷ〕を算出するとともに、その非発電時燃料消費率とオルタネータ非発電時のエンジン出力〔ｋＷ〕との乗算により非発電時燃料消費量〔ｇ／ｓ〕を算出する。また、ステップＳ４０９では、エンジン効率マップを用い、エンジン回転速度と発電時トルクとに基づいて発電時燃料消費率〔ｇ／ｓｋＷ〕を算出するとともに、その発電時燃料消費率とオルタネータ発電時のエンジン出力〔ｋＷ〕との乗算により発電時燃料消費量〔ｇ／ｓ〕を算出する。

ステップＳ４１０では、発電時燃料消費量〔ｇ／ｓ〕と非発電時燃料消費量〔ｇ／ｓ〕との差分を現在の発電電力〔ｋＷ〕で除算して、単位発電量当たりの燃料消費率であるオルタ電費〔ｇ／ｓｋＷ〕を算出する。

最後に、ステップＳ４１１では、上記の（１）式を用いてバッテリ効率〔ｇ／ｓｋＷ〕を算出する。

以上のように上記図１３〜図１６の各処理によって、本車両全体の燃料消費量〔ｇ／ｓ〕が算出されるが、その燃料消費量〔ｇ／ｓ〕の大小はトルクの前後分配比率によって変動する。したがって、トルクの前後分配比率をパラメータ（変数）とし、あらかじめ定めた複数の分配比率について各々車両全体の燃料消費量〔ｇ／ｓ〕を算出する。そして、分配比率ごとに算出した燃料消費量〔ｇ／ｓ〕のうち最小、すなわち最高効率となる場合の前後分配比率を決定するとともに、該決定した前後分配比率を用いて車両前後の各指令トルク（フロント軸トルク、リア軸トルク）を算出する。図１７は、前後指令トルクの算出ルーチンを示すフローチャートである。

図１７において、ステップＳ５０１では、前後分配比率をパラメータとして燃料消費量の算出（図１３等による燃料消費量算出処理）を実行する。このとき、前後分配比率を所定比率（例えば１０％）ずつ変更してエンジン燃料消費量とＭＧ燃料消費量とを算出するとともに、それら燃料消費量の加算により車両全体の燃料消費量を算出する。例えば、０：１００％、１０％：９０％、２０％：８０％、・・・のように１０％刻みで前後比率を変更すると良い。ただし、前後分配比率の変更パターンは、上記以外に、２０％刻みとするなど任意である。

その後、ステップＳ５０２では、複数の分配比率ごとに算出した燃料消費量〔ｇ／ｓ〕のうち最小となる場合の前後分配比率を決定する。また、ステップＳ５０３では、上記決定した前後分配比率を用いて車両前後の各指令トルク（フロント軸トルク、リア軸トルク）を算出する。

以上詳述した本実施の形態によれば、以下の優れた効果が得られる。

車両のリア軸側のエネルギ効率であるＭＧ燃料消費量の算出に際し、高電圧バッテリ４３の蓄電エネルギに関与する燃料消費量としてバッテリ効率を算出し、該バッテリ効率を反映してＭＧ燃料消費量を算出するようにしたため、当該ＭＧ燃料消費量の算出精度を高めることができる。つまり、例えばバッテリ充電のためにオルタネータ１７の発電により燃料消費が行われる場合にも、その発電時の燃料消費を考慮することでＭＧ燃料消費量を適正に算出することができる。こうしてＭＧ燃料消費量の算出精度が高められることにより、エンジン１４及び電動発電機３２の各動力の配分を良好に行い、車両全体としての効率の最適化を図ることができる。

高電圧バッテリ４３の電力収支の状態と、単位発電量当たりの燃料消費量増加分であるオルタ電費とをパラメータとしてバッテリ効率を算出したため、実際の発電状況に則したエネルギ効率の算出が可能となる。

また、前後トルクの分配比率として複数の分配比率を設定して各々車両全体の燃料消費量を算出するとともに、その車両全体の燃料消費量が最小となる分配比率により、エンジン１４及び電動発電機３２の各動力の配分を決定するようにしたため、省エネルギの観点で最適なる分配比率を求めることができる。

また本実施の形態の車両システムでは、車両減速等に伴う回生時に後輪側のデフ連結軸３４からの動力が動力分配装置３１を介して電動発電機３２に伝達されるため、回生エネルギを効率良く回収できる。これは、エンジンに連結したトランスミッションを介して回生エネルギを回収する通常一般のシステムと比して望ましい構成であると言える。また、エンジン１４を搭載した車両フロント側とは異なり、車両リア側に電動発電機３２とコンプレッサ３３を設けたため、エンジン１４の周辺構成が簡素化できる。それ故、動力源や補機装置の搭載性が向上する。

デフ連結軸３４、ＭＧ連結軸３５及びコンプレッサ連結軸３６を遊星ギア装置よりなる動力分配装置３１を用いて機械的に連結したため、これら各要素間の動力分配が簡易に実現できる。故に、システム構成の簡潔化を図ることができる。

なお、本発明は上記実施の形態の記載内容に限定されず、例えば次のように実施しても良い。

高電圧バッテリ４３の蓄電エネルギに関与する燃料消費量としてバッテリ効率を算出する場合において、オルタネータ１７による発電量とＭＧ駆動に必要な電力量との電力収支を考慮してオルタネータ１７の発電を行うようにしても良い。この場合、オルタネータ１７による発電量とＭＧ駆動に必要な電力量との電力収支を均衡化しつつ、燃料消費量（エネルギ効率）の最適化を図ると良い。

上記実施の形態では、例えば１０％刻みで前後トルクの分配比率を変更しながら車両全体の燃料消費量が最小となる分配比率をサーチしたが、これを変更し、単に車両全体の燃料消費量に基づいて車両走行モードを決定する構成であっても良い。例えば、エンジン走行モードと、モータアシスト走行モードと、ＥＶ走行モードとについて、各モードでの車両全体の燃料消費量をそれぞれ算出し、どの走行モードでの燃料消費量が最も少ないかで都度の走行モードを決定する。

上記実施の形態では、図２に示したとおり動力分配装置（遊星ギア装置）３１のサンギア６１にデフ連結軸３４（車軸）を、リングギア６２にコンプレッサ連結軸３６を、キャリア６４にＭＧ連結軸３５をそれぞれ接続したが、その接続の組み合わせを変更しても良い。つまり、サンギア６１、リングギア６２、キャリア６４に対して、任意の組み合わせで車軸、コンプレッサ連結軸、ＭＧ連結軸をそれぞれ接続することが可能である。

上記実施の形態の車両１０では、前輪を主駆動輪、後輪を副駆動輪としたが、その前後を逆にしても良い。例えば主動力源たるエンジンを後輪側に設け、副動力源たる電動発電機を前輪側に設ける構成としても良い。

上記実施の形態では、車両が主にエンジン動力により走行する構成としたため、エンジンを主動力源、電動発電機を副動力源としたが、これに限られるものではない。車両の主動力源を電動発電機、副動力源をエンジンとすることも可能である。また、エンジン及び電動発電機を、車両の前後同一側に設ける構成とすることも可能である。

発明の実施の形態における車両システムの概略を示す構成図である。 副動力ブロックの構成を示す図である。 本車両システムにおける制御系の構成の概略を示すブロック図である。 車両システムのエネルギ消費の流れを示す概念図である。 車両全体の燃料消費量を算出するための機能ブロック図である。 エンジン効率算出部の詳細を示すブロック図である。 ＭＧ効率算出部の詳細を示すブロック図である。 バッテリ効率算出部の詳細を示すブロック図である。 要求加速度マップを示す図である。 エンジン効率マップを示す図である。 ＭＧ効率マップを示す図である。 オルタネータ効率マップを示す図である。 車両全体の燃料消費量算出ルーチンを示すフローチャートである。 エンジン燃料消費量の算出手順を示すフローチャートである。 ＭＧ燃料消費量の算出手順を示すフローチャートである。 バッテリ効率の算出ルーチンを示すフローチャートである。 前後指令トルクの算出ルーチンを示すフローチャートである。

符号の説明

１０…車両、１１，１２…前輪、１４…動力源としてのエンジン、１７…発電機としてのオルタネータ、２１，２２…後輪、２５…ディファレンシャルギア、３１…動力分配装置、３２…動力源としての電動発電機、３３…補機装置としてのコンプレッサ、３４…デフ連結軸、３５…ＭＧ連結軸、３６…コンプレッサ連結軸、３８…電力変換手段としての電力変換ユニット、４３…蓄電手段としての高電圧バッテリ、５１…エンジンＥＣＵ、５２…ハイブリッドＥＣＵ、６１…サンギア、６２…リングギア、６４…キャリア。

Claims (7)

1. 動力源としての内燃機関及び電動発電機と、前記内燃機関の動力により駆動されて発電を行う発電機と、電気エネルギを蓄えるバッテリとを備え、前記内燃機関及び前記電動発電機による少なくともいずれかの動力により走行を可能とする車両に適用され、
   前記発電機の発電電力と前記電動発電機の回生電力とにより前記バッテリに電気エネルギが蓄えられるとともに、前記電動発電機の駆動に伴い前記バッテリから電気エネルギが放出される車両の駆動制御装置であって、
   前記内燃機関の運転に伴い消費される燃料消費量である第１の燃料消費量を算出する第１の燃料消費量算出手段と、
   前記電動発電機の駆動に伴い消費される燃料消費量である第２の燃料消費量を算出する第２の燃料消費量算出手段と、
   前記第１，第２の燃料消費量算出手段により算出した各燃料消費量に基づいて前記内燃機関及び前記電動発電機の各動力の配分を決定する動力配分決定手段と、を備え、
   前記第２の燃料消費量算出手段は、前記バッテリの蓄電エネルギに関与する燃料消費量を算出し、該燃料消費量を反映して前記第２の燃料消費量を算出することを特徴とする車両の駆動制御装置。
2. 前記第２の燃料消費量算出手段は、前記発電機による発電に要した燃料消費量に基づいて、前記バッテリの蓄電エネルギに関与する燃料消費量を算出することを特徴とする請求項１に記載の車両の駆動制御装置。
3. 前記第２の燃料消費量算出手段は、前記発電機による発電量及び同発電機の発電による燃料消費量増加分に基づいて算出した単位発電量当たりの燃料消費量増加分と、前記バッテリの電力収支の状態とをパラメータとして、前記バッテリの蓄電エネルギに関与する燃料消費量を算出することを特徴とする請求項１に記載の車両の駆動制御装置。
4. 前記発電機による発電時の燃料消費量である発電時燃料消費量と、前記発電機による非発電時の燃料消費量である非発電時燃料消費量とをそれぞれ算出し、それら発電時燃料消費量と非発電時燃料消費量との差分により前記燃料消費量増加分を算出する請求項３に記載の車両の駆動制御装置。
5. 前記動力配分決定手段は、前記内燃機関及び前記電動発電機の各動力の分配比率を複数設定しておき、その複数の分配比率でそれぞれ前記第１，第２の燃料消費量を算出するとともに、それら第１，第２の燃料消費量の和が最小となる分配比率により、前記内燃機関及び前記電動発電機の各動力の配分を決定することを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の車両の駆動制御装置。
6. 車両の前輪側及び車輪側のいずれか一方に前記内燃機関を設けるとともに、他方に前記電動発電機を設けた車両に適用される請求項１乃至５のいずれかに記載の車両の駆動制御装置。
7. 前記電動発電機を設ける車輪側において、車輪回転を伝達する車軸に前記電動発電機と補機装置とを動力分配装置を介して機械的に連結したことを特徴とする請求項６に記載の車両の駆動制御装置。

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