JP2009126324A - ハイブリッド車両の制御方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】エンジンと、電力を蓄積可能な蓄電手段と、この蓄電手段に蓄積された電力により動作するモータとを有するハイブリッド車両において、エンジンによる燃料の消費を抑える。
【解決手段】モータジェネレータ2からの駆動力を利用して走行しているとともに蓄電手段たるモータバッテリ9の充電量Eが所定値Es以下である際に、アクセル操作量θの変化を検出した場合にはモータジェネレータ2からの出力を充電量Eの低下に対応させて減少させるとともに車両の走行に必要な出力である要求出力RTとの差をエンジン1から出力させ、モータバッテリ9の充電量Eが所定値Es以下である際に、アクセル操作量θの変化を検出しない場合にはモータジェネレータ2からの出力を維持させる制御を行う。
【選択図】図3

Description

本発明は、エンジンとモータとを有し、車両の走行に必要な出力トルクがモータの出力よりも大きい場合エンジンからの出力を追加するハイブリッド車両の制御方法に関する。
近年、エンジン及びモータを有する駆動手段を備え、燃費の向上を図ったハイブリッド車両が種々考えられている。このようなハイブリッド車両の一例として、電池の充電量が低下するにつれ、モータから供給する出力の割合を低下させ、エンジンから供給する出力の割合を上昇させる制御を行うものが考えられてきている(例えば、特許文献1を参照)。
特開2002−120602号公報
しかし、このような構成では、充電量が小さくなるにつれモータからの出力も小さくしているため、アクセル操作量を一定に保った状態ではエンジンからの出力が大きくなる。この際、加速することを意図してアクセルを踏み込んでいないにも関わらず、エンジンからの音が大きくなり、運転者や乗員に違和感を与えることも起こり得る。
本発明は、このような課題を解決すべく構成するものである。
すなわち本発明に係るハイブリッド車両の制御方法は、エンジンと、電力を蓄積可能な蓄電手段と、この蓄電手段に蓄積された電力により動作するモータとを有するハイブリッド車両に用いられ、モータからの駆動力を利用して走行しているとともに蓄電手段の充電量が所定値以下である際に、アクセル操作量の変化を検出した場合にはモータからの出力を減少させて車両の走行に必要な出力との差をエンジンから出力させ、アクセル操作量の変化を検出しない場合にはモータからの出力を維持させる制御を行うことを特徴とする。
このようなものであれば、アクセル操作量が変化しない限り、電池の消耗による発電量の低下を補うためのエンジン出力を増大させないので、運転者等の乗員に違和感を与える事態の発生を抑えることができる。
なお、「アクセル操作量の変化を検出する」とは、例えば所定時間おきにアクセル操作量を検知し、検知したアクセル操作量を逐次記憶しておく場合において、直近2回の検知に係るアクセル操作量の差が所定値以上であることを判定すること等、アクセル操作量が一定を保つ状態から変化したことを検出すること全般を含む概念である。
なお、「アクセル操作量」とは、アクセルペダルに限らず、加速及び減速を行う際に操作量を変化させる車両の部位の操作量全般を示す概念である。
本発明に係るハイブリッド車両の制御方法によれば、蓄電手段の充電量が所定値以下である際に、電池の消耗による発電量の低下を補うべくエンジン出力を増大させるようにしつつ、アクセル操作量が変化しない限りエンジン出力を増大させないので、運転者等の乗員に違和感を与える事態の発生を抑えることができる。
以下、本発明の一実施形態を、図面を参照して説明する。
この実施形態のハイブリッド車両は、図1に示すように、走行に要する駆動力を発生するエンジン1及びモータジェネレータ2と、駆動輪3に接続される駆動軸4と、モータジェネレータ2の駆動力を駆動軸4に伝達する第一伝達系5と、エンジン1の駆動力を駆動軸4に伝達する第二伝達系6と、モータジェネレータ2の回転及び発電を制御するモータ制御装置7と、エンジン1の運転を制御する中央制御装置8とを具備する。さらに、モータジェネレータ2の電源としての蓄電手段たるモータバッテリ9、そのモータバッテリ9を駐車中等に充電するために車両の外部、例えば家庭のコンセントつまり電灯線や、別途設けた太陽電池を代表とする外部電源等から電力の供給を受ける充電器10を具備する。加えて、ヘッドランプや中央制御装置8などの電源となるエンジンバッテリ11、エンジンバッテリ11を充電するためのオルタネータ12も具備する。
エンジン1は、例えばガソリンエンジンやディーゼルエンジン等であり、吸気系に電動スロットル15を設けている。また、このエンジン1は、第二伝達系6を構成する変速機6a、及びその変速機6aと内燃機関1との間に配置される継手装置であるクラッチ6bを介して、駆動力を駆動軸4に出力する。
モータジェネレータ2は、走行に必要な駆動力を発生し得る、すなわち請求項中のモータとして機能するとともに、エンジン1もしくは駆動輪3により駆動されて回生運転により発電機としても機能するものである。モータジェネレータ2は、第一伝達系5を介して選択的に駆動軸4に接続される。
第一伝達系5は、変速ギア装置を備えるとともにクラッチを備え、エンジン1で駆動輪3を駆動する場合に、駆動軸4の回転数が許容限界回転数を超える場合にクラッチを切断するように制御されるものである。この場合、クラッチは、油圧のもの、電磁式のもののいずれであってもよい。なお、第一伝達系5は、モータジェネレータ2の駆動力を駆動軸4に伝達できるものであれば、その構成は特に上述のものに限定されるものではなく、回転軸のみの構成、又は回転軸とギアとを組み合わせた構成であってもよい。
第二伝達系6は、上述した変速機6aとクラッチ6bとを備えてなり、クラッチ6bを接続することによりエンジン1の駆動力を、変速機6aを介して駆動軸4に伝達するものである。変速機6aは、機関回転数に応じて変速比を変更する自動変速機である。クラッチ4は、変速機6aの入力側回転軸6cとエンジン1との間を断続し得るものである。変速機6aの出力側回転軸には、駆動軸4が接続されるものである。なお、クラッチ6bとしては、既存の前進クラッチを代用するものであってよい。このような前進クラッチは、変速機6aが少なくともDレンジに操作されている場合には接続するものであるので、その断続操作に関して、特別な制御を必要とするものではない。
モータ制御装置7は、走行に必要な駆動力をモータジェネレータ2が出力するように、モータジェネレータ2に供給する電力を制御する。また、モータ制御装置7は、車両が減速走行をしている場合に、回生運転されるモータジェネレータ2から出力される電力によりモータバッテリ9を充電するものである。このようなモータ制御装置7は、例えばインバータあるいはDC−DCコンバータを備えるものである。
一方、中央制御装置8は、図2に概略的に示すように、中央演算装置16と、記憶装置17と、入力インタフェース18と、出力インタフェース19とを具備してなるマイクロコンピュータシステムを主体に構成されている。入力インタフェース18には、アクセルペダル20の操作量θを検知するためのアクセル状態センサ21から出力されるアクセル操作量信号a、車速vを検出するための車速センサ22から出力される車速信号b、電動スロットル15の開度を示すスロットル開度信号c、モータ温度センサ23から出力されるモータジェネレータ2の温度Tmを示すモータ温度信号d、モータバッテリ9から出力される該モータバッテリ9の充電量Eを示す充電量信号eが少なくとも入力される。一方、出力インタフェース19からは、電動スロットル15に対して開度制御信号gが、また変速機6aに対して減速比制御信号hが、さらにモータ制御装置7に対してモータ出力量又は発電量を示す出力制御信号iが少なくとも出力される。
さらに本実施形態では、アクセル操作量信号aが示すアクセル操作量θ及び車速信号bが示す車速vから車両の走行に必要な出力(以下要求出力RT)を求める要求出力決定プログラムと、モータバッテリ9の充電量Eに対応する値である充電量パラメータE1をパラメータとしてモータジェネレータ2の出力可能最大出力MTを求めるモータ出力決定プログラムと、モータジェネレータ2の出力可能最大出力MTが前記要求出力RTより小さい場合にエンジン出力ETを算出するエンジン出力決定プログラムとを制御装置11に内蔵させている。ここで、前記モータ出力決定プログラムにおいて、モータバッテリ9の充電量Eが所定値Esを下回っているとともにアクセル操作量θの変化を検出していない場合には、アクセルの操作を伴わないエンジン出力ETの増大を防ぐべく、充電量パラメータE1を変化させない制御を行うようにしている。この制御は、請求項中における「蓄電手段の充電量が所定値以下である際、アクセル操作量の変化を検出しない場合にはモータからの出力を維持させる制御を行う」に対応する。前記要求出力決定プログラム、モータ出力決定プログラム、及びエンジン出力決定プログラムは、イグニッションスイッチ(図示略)がONになるごとに起動する。
ここで、以上に述べた制御は、車両を主にモータバッテリ9に蓄積した電力により走行させるとともに、このモータバッテリ9の充電量Eが減少するにつれ、モータジェネレータ2からの出力のみによる走行→エンジン1及びモータジェネレータ2からの出力による走行(ハイブリッド走行)→エンジン1からの出力のみによる走行を順次行うようにすべく行っている。前記所定値Esとしては、例えばユーザの一回の平均的な走行距離程度を走行するのに必要な電池容量や、モータバッテリ9の最大電池容量の半分等が考えられる。また、エンジン1からの出力のみによる走行は、充電量Eが所定の下限値Em以下の場合に行うようにしている。ここで、前記所定の下限値Emは、モータバッテリ9の性能を低下させないための最低限の充電量Eをやや上回る値に設定している。
また、アクセル操作量θの変化速度を得るべく所定時間、例えば0.1秒ごとにアクセル操作量θを計測して、少なくとも最近所定回数分、例えば10回分のアクセル操作量θを記憶するアクセル操作量計測プログラムも制御装置11に内蔵させている。
このアクセル操作量計測プログラムは、イグニッションスイッチ(図示略)がONになるごとに起動し、前記要求出力決定プログラム、モータ出力決定プログラム、及びエンジン出力決定プログラムと平行して実行される。
ここで、前記要求出力決定プログラム、モータ出力決定プログラム、エンジン出力決定プログラム、及びアクセル操作量計測プログラムによる制御の手順をフローチャートである図3を参照しつつ以下に示す。
まず、ステップS1において、前記車速信号b、アクセル操作量信号a、モータ温度信号d、及びバッテリ充電量信号eの入力を受け付ける。それから、ステップS2に進む。
その後、ステップS2においては、前記車速信号bが示す車速v、及びアクセル操作量信号aが示すアクセル操作量θをパラメータとし、要求出力マップを参照して要求出力RTを算出する。その後、ステップS3に進む。ここで、前記要求出力マップは、代表的な車速v及びアクセル操作量θに対する要求出力RTを制御装置8内の記憶装置10の所定領域に記憶したものである。この要求出力マップ内の要求出力RTは予め実験に基づき求めたものである。そして、実際の要求出力RTの算出は、前記車速v及びアクセル操作量θをパラメータとして補間計算により行っている。
ステップS3では、充電量信号eが示すバッテリ5の充電量Eが所定値Esを下回っているか否かを判定する。バッテリ5の充電量Eが所定値Esを下回っている場合には、ステップS4に進む。そうでない場合には、ステップS5に進む。
ステップS4では、アクセル操作量θの変化を検出したか否かを判定する。アクセル操作量θの変化を検出した場合は、ステップS5に進む。そうでない場合には、ステップS6に進む。具体的には、前記アクセル操作量計測プログラムにより記憶されたアクセル操作量θのうち、このステップS4を実行する時点、及びその所定時間前の時点のものを読み出し、これらの間の差が所定値以上である場合にアクセル操作量θの変化を検出したものとして判定を行う。なお、前記所定値は、任意に設定してよい。
ステップS5では、充電量信号eが示すバッテリ5の充電量Eを充電量パラメータE1とするとともに、この充電量を過去充電量E0として記憶し、ステップS7に進む。
ステップS6では、記憶しておいた過去充電量E0を充電量パラメータE1とし、ステップS7に進む。
ステップS7では、前記モータ温度信号dが示すモータジェネレータ2の温度Tm、及び前記充電量パラメータE1をパラメータとし、モータ最大出力マップを参照して、出力可能最大出力MTを算出する。その後、ステップS8に進む。ここで、前記モータ最大出力マップは、代表的なモータの温度Tm及び充電量Eに対する出力可能最大出力MTを制御装置8内の記憶装置10の所定領域に記憶したものである。このモータ最大出力マップ内の出力可能最大出力MTは予め実験に基づき求めたものである。また、このモータ最大出力マップでは、モータの温度Tmが高くなるにつれ、また、充電量パラメータE1が小さくなるにつれ、前記出力可能最大出力MTは小さくなる。特に、充電量パラメータE1が所定の下限値Em以下の場合は、出力可能最大出力MTを0に設定している。そして、実際の出力可能最大出力MTの算出は、前記モータの温度Tm及び充電量パラメータE1をパラメータとして補間計算により行っている。
ステップS8では、走行に必要な出力すなわち前記要求出力RTが出力可能最大出力MTより大きいか否かを判定する。前記要求出力RTが出力可能最大出力MTより大きい場合には、ステップS9に進む。そうでない場合には、ステップS11に進む。
ステップS9では、モータジェネレータ2を出力可能最大出力MTで運転させる運転制御を行う。その後ステップS10に進む。
ステップS10では、エンジン出力ETを以下の式(1)により算出し、その後ステップS1に戻る。
ET=RT−MT (1)
ステップS11では、要求出力RT及びモータジェネレータ2の回転数をパラメータとしてモータジェネレータ2のトルクを決定し、その後、ステップS12に進む。
ステップS12では、モータジェネレータ2の運転制御を行う。すなわち、インバータ4に、ステップS11において決定したモータジェネレータ2のトルクに対応する出力制御信号iを出力する。そして、ステップS1に戻る。
ここで、前記要求出力決定プログラム、モータ出力決定プログラム、及びエンジン出力決定プログラムによる制御の作用を、図4を参照しつつ説明する。なお、図4に示す時間帯では、回生発電は行わない。
時間帯T1では、充電量Eは所定値Esより大きく、要求出力RTは出力可能最大出力MTより小さいので、前記ステップS1→S2→S3→S5→S7→S8→S11→S12の制御を順次行い、その後ステップS1に戻る。すなわち、モータジェネレータ2からの駆動力のみを利用して走行を行う。
時間帯T2では、充電量Eは所定値Esより小さく、アクセル操作量θの変化がないので、前記ステップS1→S2→S3→S4→S6→S7→S8→S11→S12の制御を順次行い、その後ステップS1に戻る。すなわち、この時間帯では、直前の時間帯T1における充電量Eが要求出力RTよりも大きな出力可能最大出力MTに対応する値であるので、この時間帯T2に入る直前の充電量Eを充電量パラメータE1として出力可能最大出力MTを決定する。すなわち、ステップS8で出力可能最大出力MTが要求出力RTよりも大きいと判定するので、モータジェネレータ2からの駆動力のみを利用して走行を行う。よってこの時間帯では、エンジン出力ETは増大させない。
時間帯T3では、充電量Eは所定値Esより小さく、アクセル操作量θが変化しているので、前記ステップS1→S2→S3→S4→S6→S7→S8→S9→S10の制御を順次行い、その後ステップS1に戻る。すなわち、この時間帯において、充電量Eの低下に対応させてモータジェネレータ2からの出力(出力可能最大出力MT)を低下させるとともに、エンジン出力を増大させ、エンジン1からの駆動力及びモータジェネレータ2からの駆動力の双方を利用して走行を行う。
時間帯T4では、充電量Eは所定値Esより小さく、アクセル操作量θの変化がないので、前記ステップS1→S2→S3→S4→S5→S7→S8→S9→S10の制御を順次行い、その後ステップS1に戻る。すなわち、この時間帯T4では、この時間帯T4に入る直前の充電量Eを充電量パラメータE1として最大出力を決定するので、走行中の充電量Eの低下に伴いモータジェネレータ2の出力可能最大出力MTを低下させず、エンジン出力ETとの割合は一定に保たれる。
従って、充電量Eが所定値Esより小さい場合であっても、加速等を行うべくアクセル操作量θを変化させない限り、出力可能最大出力MTは減少しないので、モータジェネレータ2からの出力の減少を補うべくエンジン出力ETを増大させることもない。
すなわち本実施形態に係るハイブリッド車両の制御方法を採用することにより、モータバッテリ9の充電量Eが所定値Es以下に低下した際であっても、アクセル開度θの変化量が所定値を上回らない限り、すなわち安定走行を続ける限り、電池の消耗による発電量の低下を補うべくエンジン出力ETを増大させないので、アクセルペダル20への操作を行わないにもかかわらずエンジン出力が増大してエンジン音が大きくなり、運転者等の乗員に違和感を与える事態の発生を抑えることができる。
なお、前記所定値Esが、ユーザの一回の平均的な走行距離程度を走行するのに必要な電池容量であれば、主にモータバッテリ9に充電した電力を利用して走行するようにできる。一方、前記所定値Esがモータバッテリ9の最大電池容量の半分程度であれば、一般的なハイブリッド車としての制御をエンジン1及びモータジェネレータ2に対して行うようにすることができる。
なお、本発明は以上に述べた実施の形態に限られない。
例えば、上述した実施形態のようなモータジェネレータを用いる代わりに、トルクアシストを行うモータと、回生発電を行う発電機とを別体に設け、これらをそれぞれエンジンの出力軸に接続するようにしてもよい。
また、エンジンとモータ(モータジェネレータを含む)との接続の態様は、上述した実施形態に述べたものに限らず、例えばエンジンの出力軸とモータの出力軸とをチェーン、ベルト、又はギア等で接続する態様のものを採用してもよい。
さらに、上述した実施形態では、要求出力RTを算出した時点でのモータジェネレータ2の出力可能最大出力MTを要求出力RTが上回る場合にハイブリッド走行を行うようにしているが、要求出力RTが前記出力可能最大出力MTを上回らない場合であっても、要求出力RTがモータジェネレータ2の運転効率が最大となる出力である最大効率出力を上回る場合には、モータジェネレータ2は最大効率出力だけを出力し、要求出力RTと最大効率出力との差をエンジン出力として決定する制御を行うようにしてもよい。
加えて、上述した実施形態におけるモータバッテリ9(蓄電手段)の充電量Eが前記所定値Esを下回る第2の所定値Et以下の場合には、アクセル操作量θの変化の有無にかかわらず、充電量Eの低下を反映させてモータジェネレータ2の出力MTを減少させる制御を行うようにしてもよい。
さらに、所定速度以下でモーター走行を行いそれ以上の速度ではハイブリッド走行を行うハイブリッド車両等において、蓄電手段の充電量の低下に伴いエンジン出力の分担割合を漸次増加させる制御、又はエンジンを始動させる制御を行う際に本願発明を適用してもよい。すなわち、エンジン出力を増加させる制御又はエンジンを始動させる制御を、アクセル操作量の変化があった際にのみ行うようにしてもよい。
このような制御を行う場合の手順をフローチャートである図3を参照しつつ以下に示す。
まず、ステップS101において、前記車速信号b、アクセル操作量信号a、モータ温度信号d、及びバッテリ充電量信号eの入力を受け付ける。それから、ステップS102に進む。
その後、ステップS102においては、前記車速信号bが示す車速v、及びアクセル操作量信号aが示すアクセル操作量θをパラメータとし、要求出力マップを参照して要求出力RTを算出する。その後、ステップS3に進む。ここで、前記要求出力マップは、代表的な車速v及びアクセル操作量θに対する要求出力RTを制御装置8内の記憶装置10の所定領域に記憶したものである。この要求出力マップ内の要求出力RTは予め実験に基づき求めたものである。そして、実際の要求出力RTの算出は、前記車速v及びアクセル操作量θをパラメータとして補間計算により行っている。
ステップS103では、充電量信号eが示すバッテリ5の充電量Eが所定値Esを下回っているか否かを判定する。この態様において、所定値Esは、満充電量の85%程度に設定している。バッテリ5の充電量Eが所定値Esを下回っている場合には、ステップS104に進む。そうでない場合には、ステップS105に進む。
ステップS104では、アクセル操作量θの変化を検出したか否かを判定する。アクセル操作量θの変化を検出した場合は、ステップS105に進む。そうでない場合には、ステップS106に進む。具体的には、前記アクセル操作量計測プログラムにより記憶されたアクセル操作量θのうち、このステップS104を実行する時点、及びその所定時間前の時点のものを読み出し、これらの間の差が所定値以上である場合にアクセル操作量θの変化を検出したものとして判定を行う。なお、前記所定値は、任意に設定してよい。
ステップS105では、充電量信号eが示すバッテリ5の充電量Eを充電量パラメータE1とするとともに、この充電量を過去充電量E0として記憶し、ステップS107に進む。
ステップS106では、記憶しておいた過去充電量E0を充電量パラメータE1とし、ステップS107に進む。
ステップS107では、前記充電量パラメータE1をパラメータとし、出力分担率マップを参照して、モータから供給する出力MMTを算出する。その後、ステップS108に進む。ここで、前記出力分担率マップは、代表的な充電量Eにおけるモータから供給する出力MMTの要求出力RTに対する割合を制御装置8内の記憶装置10の所定領域に記憶したものである。前記割合は、例えば燃料費と電力費との合計を最小にすべく予め実験に基づき求めたものである。また、この出力分担率マップでは、モータから供給する出力MMTの要求出力RTに対する割合は小さくなる。特に、充電量パラメータE1が所定の下限値Em以下の場合は、出力可能最大出力MTを0に設定している。そして、実際のモータから供給する出力MMTの要求出力RTに対する割合の算出は、前記充電量パラメータE1をパラメータとして補間計算により行っている。
ステップS108では、モータジェネレータ2を前記出力MMTで運転させる運転制御を行う。その後ステップS109に進む。
ステップS109では、エンジン出力ETを以下の式(2)により算出し、その後ステップS101に戻る。
ET=RT−MMT (2)
以上のような制御を行っても、エンジン出力の割合を増加させる制御又はエンジンを始動させる制御を、アクセル操作量の変化があった際にのみ行うので、アクセル操作が行われていないにも関わらずエンジン出力が増大してエンジン音が大きくなり、運転者等の乗員に違和感を与える事態の発生を抑えることができる。
そして、エンジン出力を最も高い燃費効率で得るようにエンジンを運転するべくスロットル開度及び減速比を制御する最適燃費制御を別途行うようにしてもよい。
その他、本発明の趣旨を損ねない範囲で種々に変更してよい。
本発明の第一実施形態に係る車両を示す概略図。 同実施形態に係る制御装置を示す概略図。 同実施形態に係る制御装置が行う処理を示すフローチャート。 同実施形態に係る作用説明図。 本発明の他の実施形態に係る制御装置が行う処理を示すフローチャート。
符号の説明
1…エンジン
2…モータジェネレータ(モータ)
8…中央制御装置
9…モータバッテリ(蓄電手段)

Claims (1)

  1. エンジンと、電力を蓄積可能な蓄電手段と、この蓄電手段に蓄積された電力により動作するモータとを有するハイブリッド車両に用いられ、
    モータからの駆動力を利用して走行しているとともに蓄電手段の充電量が所定値以下である際に、
    アクセル操作量の変化を検出した場合にはモータからの出力を減少させて車両の走行に必要な出力との差をエンジンから出力させ、
    アクセル操作量の変化を検出しない場合にはモータからの出力を維持させる制御を行うことを特徴とするハイブリッド車両の制御方法。
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