JP2009220765A - ハイブリッド車両の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】走行環境に適正に対処することより、ハイブリッド車両の商品性を損なうことを防止可能なハイブリッド車両の制御装置を提供する。
【解決手段】バッテリの充放電制御に用いるＳＯＣ制御中心値は、通常（低地）走行時には所定の基準値Ｓ１に設定される。バッテリの充放電要求パワーは、基準値Ｓ１を含む所定のＳＯＣ管理範囲と推定ＳＯＣとに基づいて設定される。このＳＯＣ制御中心値は、高地走行時には嵩上げされ、基準値Ｓ１よりも高い所定値Ｓ２に設定される。そのため、高地走行時においてエンジンの不足出力分を賄うためにモータジェネレータの出力割合を大きくしたことに起因してＳＯＣが著しく低下した場合においても、低下後のＳＯＣは未だ所定の閾値ＳＯＣｔｈを上回っているため、エンジンの始動を必要とすることがない。これにより、エンジンの始動頻度を抑えてＥＶ走行モードの実行頻度を確保できる。
【選択図】図４

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、エンジンおよびモータを動力源とした走行モードと、モータのみを動力源とした走行モードとを有するハイブリッド車両の制御装置に関する。

最近、環境に配慮した自動車として、電動機（モータ）を駆動装置に組み込んだハイブリッド車両（Hybrid Vehicle）が大きな注目を集めており、一部実用化されている。ハイブリッド車両は、従来のエンジンに加え、インバータを介して直流電源により駆動されるモータとを動力源とする自動車である。つまり、エンジンを駆動することにより動力源を得るとともに、直流電源からの直流電圧をインバータによって交流電圧に変換し、その変換した交流電圧とによりモータを回転することによって動力源を得るものである。

このようなハイブリッド車両においては、モータの駆動力でエンジンをアシストして車両を走行させる（以下、「ＨＶ走行」とも称する）機能に加えて、停車中やエンジン効率の低い低速走行時には、エンジンの運転を停止してモータの駆動力のみにより車両を走行させる（以下、「ＥＶ走行」とも称する）機能を装備したものがある。このように、環境性能ばかりでなく燃費性能の向上をも実現することによって、ハイブリッド車両の商品性を高めている。

ここで、エンジンにおいては、その運転状態が走行環境に左右されることから、予期しない小さなパワーしかエンジンから出力されない場合がある。たとえば、高地走行時には、大気圧が低いことから空気密度が小さくなるため、通常（低地）走行時における大気圧（１気圧）のときと同様に運転ポイントを設定してエンジンを制御すると、エンジンからは目標パワーを下回るパワーしか出力されないことになる。

このようなエンジンの出力パワー不足への対策として、たとえば特開２００６−１８３５２３号公報（特許文献１）には、高地走行時には、通常（低地）走行時よりも、車両要求駆動力におけるモータの出力割合を大きくし、かつ、エンジンの出力割合を小さくすることによって、不足出力分をモータで賄うように構成されたハイブリッド車両の駆動力制御装置が開示される。
特開２００６−１８３５２３号公報 特開２００７−２１６８４１号公報

しかしながら、上記特許文献１に開示される駆動力制御装置においては、モータの出力割合を大きくすることによって、モータへの電力供給のために直流電源から持ち出される電力が増大することから、直流電源の残存容量（ＳＯＣ：State of Charge）が低下し、過放電となる可能性が生じてしまう。

このような直流電源の過放電を防止する手段としては、ＳＯＣ低下に応じてエンジンを始動させることによって、エンジンの駆動力によって回転される発電機が発電した電力を直流電源に充電することが可能となる。

ところが、上記の手段によれば、エンジンを始動させる頻度が増すことになるため、ハイブリッド車両としては、実質的にＥＶ走行モードの実行頻度が低下してしまう。その結果、環境性能および燃費性能でのハイブリッド車両の商品性を損なうこととなる。

それゆえ、この発明の目的は、かかる課題を解決するためになされたものであり、その目的は、走行環境に適正に対処することより、ハイブリッド車両の商品性を損なうことを防止可能なハイブリッド車両の制御装置を提供することである。

この発明のある局面に従うハイブリッド車両の制御装置は、エンジンとモータとを動力源として駆動軸に動力を出力するハイブリッド車両の制御装置である。ハイブリッド車両は、電源と、電源から電力の供給を受けて、駆動力指令値に従ってモータを駆動制御する駆動回路と、エンジンからの動力を電力に変換して電源に供給可能に構成された電力動力変換機構とを含む。制御装置は、エンジンに吸入される空気の密度の指標となる大気圧を取得する大気圧取得手段と、取得された大気圧が上昇するに従って、駆動軸に要求される要求駆動力におけるモータの発生する駆動力の割合が増加するように、駆動力指令値を設定する駆動制御手段と、電源の状態に基づいて、電源の残存容量を推定する残存容量推定手段と、残存容量の制御中心値と残存容量の推定値との偏差に基づいて、電源の充放電を制御する充放電制御手段と、残存容量の推定値が制御中心値よりも低い所定の閾値を下回った場合に、エンジンを始動するエンジン始動制御手段とを備える。充放電制御手段は、エンジンが運転されているときには、大気圧が低下するに従って制御中心値が高くなるように、制御中心値を設定する制御中心値設定手段を含む。

好ましくは、制御中心値設定手段は、エンジンが運転されているときには、大気圧が低下するに従って制御中心値が高くなるように制御中心値を設定し、エンジンが停止されているときには、制御中心値を所定の基準値に設定する。

好ましくは、制御中心値設定手段は、車速が所定の閾値を超えるときには、大気圧が低下するに従って制御中心値が高くなるように制御中心値を設定する。所定の閾値は、ハイブリッド車両が、モータのみを動力源とした走行からエンジンおよびモータを動力源とした走行に切り換えられるときの車速である。

好ましくは、制御中心値設定手段は、エンジンが運転されているときには、制御中心値を所定の基準値から嵩上げする。制御中心値の嵩上げ量は、大気圧が低下するに従って大きくなるように設定される。

この発明によれば、走行環境に適正に対処することより、ハイブリッド車両の商品性を損なうことを防止することができる。

以下、この発明の実施の形態について図面を参照して詳しく説明する。なお、図中同一符号は同一または相当部分を示す。

（車両の概略構成）
図１は、この発明の実施の形態に従うハイブリッド車両の構成を説明するブロック図である。

図１を参照して、本発明によるハイブリッド車両１００は、バッテリ１０と、ハイブリッドＥＣＵ（Electronic Control Unit）１５と、ＰＣＵ（Power Control Unit）２０と、動力出力装置３０と、ディファレンシャルギヤ（Differential Gear）４０と、前輪５０Ｌ，５０Ｒと、後輪６０Ｌ，６０Ｒと、フロントシート７０Ｌ，７０Ｒと、リアシート８０とを備える。

バッテリ１０は、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なり、直流電圧をＰＣＵ２０へ供給するとともに、ＰＣＵ２０からの直流電圧によって充電される。バッテリ１０は、たとえばリアシート８０の後方部に配置されて、ＰＣＵ２０と電気的に接続される。ＰＣＵ２０は、ハイブリッド車両１００内で必要となる電力変換器を統括的に示すものである。

ハイブリッドＥＣＵ１５へは、運転状況・車両状況を示す各種センサからの各種センサ出力１７が入力される。各種センサ出力１７には、アクセルペダル３５に配置されたアクセルペダルポジションセンサによって検出されるアクセル踏込み量に応じたアクセル開度、車速センサ出力および大気圧センサ出力等が含まれる。ハイブリッドＥＣＵ１５は、入力されたこれらのセンサ出力に基づき、ハイブリッド車両１００に関する種々の制御を統括的に行なう。

動力出力装置３０は、車輪駆動力源として設けられ、エンジンおよび／またはモータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２を含む。これらは動力分割機構（図示せず）を介して機械的に連結される。そして、ハイブリッド車両１００の走行状況に応じて、動力分割機構を介して上記３者の間で駆動力の配分および結合が行なわれ、その結果として前輪５０Ｌ，５０Ｒが駆動される。ＤＧ４０は、動力出力装置３０からの動力を前輪５０Ｌ，５０Ｒに伝達するとともに、前輪５０Ｌ，５０Ｒの回転力を動力出力装置３０に伝達する。

これにより、動力出力装置３０は、エンジンおよび／またはモータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２による動力を、ＤＧ４０を介して前輪５０Ｌ，５０Ｒに伝達して前輪５０Ｌ，５０Ｒを駆動する。また、動力出力装置３０は、前輪５０Ｌ，５０ＲによるモータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２の回転力によって発電し、その発電した電力をＰＣＵ２０へ供給する。

なお、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２は、発電機としても電動機としても機能し得るが、モータジェネレータＭＧ１が、主として発電機として動作し、モータジェネレータＭＧ２が、主として電動機として動作する。

詳細には、モータジェネレータＭＧ１は、加速時において、エンジンを始動する始動機として用いられる。このとき、モータジェネレータＭＧ１は、バッテリ１０からの電力の供給を受けて電動機として駆動し、エンジンをクランキングして始動する。

さらに、エンジンの始動後において、モータジェネレータＭＧ１は、動力分割機構を介して伝達されたエンジンの駆動力によって回転されて発電する。

モータジェネレータＭＧ２は、バッテリ１０に蓄えられた電力およびモータジェネレータＭＧ１の発電した電力の少なくともいずれか一方によって駆動される。モータジェネレータＭＧ２の駆動力は、ＤＧ４０を介して前輪５０Ｌ，５０Ｒの駆動軸に伝達される。これにより、モータジェネレータＭＧ２は、エンジンをアシストして車両を走行させたり、自己の駆動力のみによって車両を走行させたりする。

また、車両の回生制動時には、モータジェネレータＭＧ２は、前輪５０Ｌ，５０Ｒにより駆動されて発電機として動作する。このとき、モータジェネレータＭＧ２により発電された回生電力は、ＰＣＵ２０を介してバッテリ１０に充電される。

ＰＣＵ２０は、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２の力行動作時には、ハイブリッドＥＣＵ１５からの制御指示に従って、バッテリ１０からの直流電圧を昇圧するとともに、その昇圧した直流電圧を交流電圧に変換して、動力出力装置３０に含まれるモータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２を駆動制御する。

また、ＰＣＵ２０は、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２の回生制動時には、ハイブリッドＥＣＵ１５からの制御指示に従って、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２の発電した交流電圧を直流電圧に変換してバッテリ１０を充電する。

このように、ハイブリッド車両１００では、バッテリ１０と、ＰＣＵ２０と、ハイブリッドＥＣＵ１５のうちのＰＣＵ２０を制御する部分とによって、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２を駆動制御する「モータ駆動装置」が構成される。

次に、この発明によるモータ駆動装置の構成について説明する。
図２は、この発明によるモータ駆動装置の構成を示すブロック図である。

図２を参照して、この発明によるモータ駆動装置は、「電源」に相当するバッテリ１０と、ＰＣＵ２０のうちのモータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２の駆動制御に関する部分（以下、当該部分についても単に「ＰＣＵ２０」と称する）と、ハイブリッドＥＣＵ１５のうちのＰＣＵ２０を制御する部分とを備える。

ＰＣＵ２０は、システムメインリレーＳＭＲ１，ＳＭＲ２と、コンバータ１１０と、平滑コンデンサＣ２と、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２にそれぞれ対応するインバータ１１４，１１２と、ＭＧＥＣＵ１４０とを含む。

システムメインリレーＳＭＲ１，ＳＭＲ２は、バッテリ１０からインバータ１１２，１１４に対する電力供給経路を導通／遮断する。具体的には、システムメインリレーＳＭＲ１は、バッテリ１０の正極と電源ライン１０１との間に接続される。システムメインリレーＳＭＲ２は、バッテリ１０の負極とアースライン１０２との間に接続される。システムメインリレーＳＭＲ１，ＳＭＲ２は、それぞれ、ＭＧＥＣＵ１４０からの信号ＳＥにより導通／非導通（オン／オフ）される。

コンバータ１１０は、一例として、昇降圧チョッパ回路により構成され、リアクトルＬ１と、電力用半導体スイッチング素子（以下、単にスイッチング素子とも称する）Ｑ１，Ｑ２と、ダイオードＤ１，Ｄ２とを含む。

スイッチング素子Ｑ１およびＱ２は、電源ライン１０３とアースライン１０２との間に直列接続される。リアクトルＬ１は、電源ライン１０１とスイッチング素子Ｑ１およびＱ２の接続ノードとの間に接続される。各スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２のエミッタ／コレクタ間には、エミッタ側からコレクタ側へ電流を流すように、逆並列ダイオードＤ１，Ｄ２がそれぞれ接続されている。

スイッチング素子Ｑ１およびＱ２のゲートには、スイッチング制御信号ＰＷＭＣに相当するゲート制御信号がそれぞれ与えられ、当該ゲート制御信号に応答して、スイッチング素子Ｑ１およびＱ２にオン・オフが制御される。この実施の形態におけるスイッチング素子としては、たとえばＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）が適用される。

コンバータ１１０は、電源ライン１０１およびアースライン１０２の間にバッテリ１０からの入力電圧Ｖｂを受けて、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２のスイッチング制御によって、入力電圧Ｖｂを昇圧してモータ駆動のための印加電圧（以下、「モータ動作電圧」とも称する）を生成し、電源ライン１０３およびアースライン１０２間に出力する。コンバータ１１０での昇圧比（Ｖｍ／Ｖｂ）は、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２のオン期間比(デューティ比）に応じて決まる。

したがって、ＭＧＥＣＵ１４０は、ハイブリッドＥＣＵ１５からのモータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２のトルク指令値Ｔｍ１＊，Ｔｍ２＊に基づいてモータ動作電圧Ｖｍの電圧指令値Ｖｍ＊を生成し、その生成した電圧指令値Ｖｍ＊に基づいてコンバータ１１０での昇圧比を決定する。そして、ＭＧＥＣＵ１４０は、この昇圧比が実現されるように、スイッチング制御信号ＰＷＭＣを生成する。

平滑コンデンサＣ２は、電源ライン１０３およびアースライン１０２の間に接続され、コンバータ１１０から出力されたモータ動作電圧Ｖｍを平滑化してインバータ１１２，１１４へ供給する。電圧センサ１２２は、平滑コンデンサＣ２の両端の電圧（モータ動作電圧）Ｖｍを検出し、その検出した電圧ＶｍをＭＧＥＣＵ１４０へ出力する。

インバータ１１２は、車輪を駆動するモータジェネレータＭＧ２に対してコンバータ１１０の出力するモータ動作電圧Ｖｍを三相交流に変換して出力する。またインバータ１１２は、回生制動に伴い、モータジェネレータＭＧ２において発電された電力をコンバータ１１０に戻す。このときコンバータ１１０は降圧回路として動作するようにＭＧＥＣＵ１４０によって制御される。

インバータ１１２は、電源ライン１０３およびアースライン１０２の間に並列に接続される、Ｕ相アーム１１５、Ｖ相アーム１１６およびＷ相アーム１１７を構成するスイッチング素子Ｑ３〜Ｑ８からなる三相インバータである。各スイッチング素子Ｑ３〜Ｑ８のコレクタ／エミッタ間には、逆並列ダイオードＤ３〜Ｄ８がそれぞれ接続されている。

インバータ１１２の各相アームの中間点は、三相の永久磁石モータであるモータジェネレータＭＧ２の各相コイルの各相端に接続されている。各相コイルの一端は、中性点に共通接続されている。なお、図示は省略するが、三相のうちの少なくとも二相において、電流センサが設けられ、各相電流が検出可能である。

インバータ１１４は、コンバータ１１０に対してインバータ１１２と並列的に接続される。インバータ１１４は、モータジェネレータＭＧ１に対してコンバータ１１０の出力するモータ動作電圧Ｖｍを三相交流に変換して出力する。インバータ１１４は、コンバータ１１０から昇圧されたモータ動作電圧Ｖｍを受けてたとえばエンジンを始動させるためにモータジェネレータＭＧ１を駆動する。

また、インバータ１１４は、エンジンのクランクシャフトから伝達される回転トルクによってモータジェネレータＭＧ１で発電された電力をコンバータ１１０に戻す。このときコンバータ１１０は降圧回路として動作するようにＭＧＥＣＵ１４０によって制御される。インバータ１１４の内部の構成は、図示しないがインバータ１１２と同様であり、詳細な説明は繰返さない。

ハイブリッドＥＣＵ１５は、各種センサ出力１７に基づき、所望の駆動力発生や発電が行なわれるように、各モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２の運転指令を生成して、ＭＧＥＣＵ１４０へ出力する。この運転指令には、各モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２の運転許可／禁止指示や、トルク指令値Ｔｍ１＊，Ｔｍ２＊、回転数指令等が含まれる。

ＭＧＥＣＵ１４０は、モータジェネレータＭＧ１に配置された電流センサおよび位置センサ（ともに図示せず）からの各相のモータ電流および回転子の回転角の検出値に基づくフィードバック制御により、ハイブリッドＥＣＵ１５からの運転指令に従ってモータジェネレータＭＧ１が動作するように、スイッチング素子Ｑ３〜Ｑ８のスイッチング動作を制御するスイッチング制御信号ＰＷＭＩ１を発生する。

また、ＭＧＥＣＵ１４０は、モータジェネレータＭＧ２に配置された電流センサおよび位置センサ（ともに図示せず）からの各相のモータ電流および回転子の回転角の検出値に基づくフィードバック制御により、ハイブリッドＥＣＵ１５からの運転指令に従ってモータジェネレータＭＧ２が動作するように、スイッチング素子Ｑ３〜Ｑ８のスイッチング動作を制御するスイッチング制御信号ＰＷＭＩ２を発生する。

さらに、ＭＧＥＣＵ１４０は、ハイブリッドＥＣＵ１５からの運転指令に基づいて、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２の高効率化のためのモータ動作電圧Ｖｍの電圧指令値Ｖｍ＊を算出する。そして、ＭＧＥＣＵ１４０は、その算出した電圧指令値Ｖｍ＊に基づいてコンバータ１１０での昇圧比を決定し、この昇圧比が実現されるように、スイッチング制御信号ＰＷＭＣを発生する。

また、ＭＧＥＣＵ１４０は、ハイブリッド車両１００の回生制動時には、インバータ１１２，１１４から供給された直流電圧（モータ動作電圧Ｖｍ）を降圧するように、スイッチング制御信号ＰＷＭＣを発生する。すなわち回生制動時には、コンバータ１１０は、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２がスイッチング制御信号ＰＷＭＣに応答してオン・オフすることにより、モータ動作電圧Ｖｍを降圧して直流電圧を電源ライン１０１およびアースライン１０２の間に出力する。バッテリ１０は、コンバータ１１０からの直流電圧によって充電される。このように、コンバータ１１０は、モータ動作電圧Ｖｍを直流電圧へ降圧することもできるので、双方向コンバータの機能を有している。

（制御構造）
次に、図３を参照して、この発明によるハイブリッドＥＣＵ１５の制御構造について説明する。

図３は、この発明の実施の形態に従うハイブリッドＥＣＵ１５における制御構造を示すブロック図である。図３に示す制御ブロックは、代表的にハイブリッドＥＣＵ１５が予め格納されたプログラムを実行することで実現されるが、その構成の一部または全部を専用のハードウェアとして実現してもよい。

図３を参照して、ハイブリッドＥＣＵ１５には、各種センサ出力１７（図１）として、アクセルペダルポジションセンサ１７０からのアクセル開度Ａｃｃ、車速センサ１７２からの車速Ｖおよび大気圧センサ１７４からの大気圧Ｐａが図示しない入力ポートを介して入力されている。

なお、図示は省略するが、ハイブリッドＥＣＵ１５にはさらに、シフトレバーの操作位置を検出するシフトポジションセンサからのシフトポジションおよびブレーキペダルの踏み込み量を検出するブレーキペダルポジションセンサからのブレーキペダルポジションなどが入力されている。

さらに、ハイブリッドＥＣＵ１５は、ＭＧＥＣＵ１４０、バッテリ１０を管理するバッテリＥＣＵ１６０およびエンジンを運転制御するエンジンＥＣＵ１５０と、図示しない通信ポートを介して接続されており、ＭＧＥＣＵ１４０、バッテリＥＣＵ１６０およびエンジンＥＣＵ１５０と各種制御信号やデータのやりとりを行なっている。

バッテリＥＣＵ１６０は、バッテリ１０に設けられた電圧センサ、電流センサおよび温度センサからバッテリ電圧Ｖｂ、バッテリ電流Ｉｂおよびバッテリ温度Ｔｂの検出値をそれぞれ受けると、これらの入力信号に基づいてバッテリ１０の残存容量（ＳＯＣ：State of Charge）を推定する。一例として、バッテリ１０のＳＯＣは、バッテリ電流Ｉｂの積算値に基づいて推定される。なお、ＳＯＣの推定方法は、バッテリ電流Ｉｂの積算値に基づいた方法以外に、公知の種々の方法を採用することができる。バッテリＥＣＵ１０は、推定したバッテリ１０のＳＯＣを、バッテリ１０の状態を示す信号（バッテリ電圧Ｖｂ、バッテリ電流Ｉｂ、バッテリ温度Ｔｂ）とともにハイブリッドＥＣＵ１５へ送出する。

エンジンＥＣＵ１５０は、ハイブリッドＥＣＵ１５からの制御信号によりエンジンを運転制御するとともに、必要に応じてエンジンの運転状態に関するデータを出力する。

ハイブリッドＥＣＵ１５は、アクセル開度Ａｃｃおよび車速Ｖに基づいて駆動軸に出力すべき要求トルクＴｒ＊を算出する。また、バッテリＥＣＵ１６０からのバッテリ１０の推定ＳＯＣに基づいて、バッテリ１０が要求する充放電要求パワーＰｂ＊を設定する。そして、ハイブリッドＥＣＵ１５は、要求トルクＴｒ＊に駆動軸の回転数を乗じたものと充放電要求パワーＰｂ＊との和として、車両に要求される要求パワーＰ＊を演算すると、その演算した要求パワーＰ＊が駆動軸に出力されるように、エンジンおよびモータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２を運転制御する。

具体的には、ハイブリッドＥＣＵ１５は、エンジンＥＣＵ１５０に対しては、目標パワーＰｅ＊と目標回転数Ｎｅ＊とを設定して出力する。この設定は、エンジンを効率良く動作させる動作ラインと目標パワーＰｅ＊とに基づいて行なわれる。これにより、エンジンＥＣＵ１５０は、目標回転数Ｎｅ＊と実回転数Ｎｅとを一致させるように、エンジンの出力する動力（回転数×トルク）を制御する。

また、ハイブリッドＥＣＵ１５は、ＭＧＥＣＵ１４０に対しては、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２の要求出力（回転数×トルク）から決定したトルク指令Ｔｍ１＊，Ｔｍ２＊を出力する。ＭＧＥＣＵ１４０は、トルク指令Ｔｍ１，Ｔｍ２＊から変換したモータ駆動電流の電流指令に基づいて、実際のモータ駆動電流を電流指令に一致させるための電流制御を行なう。

このようにして、ハイブリッドＥＣＵ１５は、バッテリ１０の推定ＳＯＣがＳＯＣ管理範囲の下限値を下回り、充電が必要な場合には、要求トルクＴｒ＊よりも大きい動力をエンジンに出力させて、その一部をモータジェネレータＭＧ１によるバッテリ１０の充電動作に配分する。

詳細には、ハイブリッドＥＣＵ１５は、バッテリ１０の過充電および過放電を防止する観点から、ＳＯＣ制御中心値ＳＯＣｍｉｄを含むＳＯＣ管理範囲を予め有している。そして、推定ＳＯＣがＳＯＣ管理範囲の下限値を下回るときには、推定ＳＯＣが小さくなるほど大きな電力でバッテリ１０が充電されるように充放電要求パワーＰｂ＊を設定する。また、推定ＳＯＣがＳＯＣ管理範囲の上限値を上回るときには、推定ＳＯＣが大きくなるほど大きな電力がバッテリ１０から放電されるように充放電要求パワーＰｂ＊を設定する。

そして、ハイブリッドＥＣＵ１５は、バッテリＥＣＵ１６０からのバッテリ電圧Ｖｂとバッテリ電流Ｉｂとの積により、バッテリ１０を充放電する充放電電力Ｐｂを演算すると、充放電要求パワーＰｂ＊と充放電電力Ｐｂとの偏差が打ち消されるように充放電要求パワーＰｂ＊を次式（１）のフィードバックの関係式により調整する。
Ｐｂ＊←Ｐｂ＊＋ｋｂ１・（Ｐｂ＊−Ｐｂ）＋ｋｂ２∫（Ｐｂ＊Ｐｂ）ｄｔ （１）
このように、充放電要求パワーＰｂ＊を調整することにより、バッテリ１０を充放電する充放電電力Ｐｂを充放電要求パワーＰｂ＊に近づけることができる。

さらに、エンジンおよびモータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２の運転制御においては、ハイブリッドＥＣＵ１５は、アクセル開度Ａｃｃおよび車速Ｖに応じて、モータジェネレータＭＧ２のみの出力により走行するモード（以下、「ＥＶ走行モード」とも称する）およびエンジンＥＮＧおよびモータジェネレータＭＧ２の出力により走行するモード（以下、「ＨＶ走行モード」とも称する）とを切り換える。

たとえば、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、エンジンの出力を用いることなく、モータジェネレータＭＧ２のみによる出力で走行するＥＶ走行モードに設定される。すなわち、ハイブリッド車両１００は、モータジェネレータＭＧ２のみの出力により走行する。この場合には、後述するエンジン始動要求条件が成立した場合を除いてエンジンＥＮＧの運転が停止されている。なお、運転者によるＥＶ走行選択スイッチ（図示せず）の操作に応じて、ＥＶ走行モードに設定するようにしてもよい。

一方、通常走行時には、エンジンが始動され、ＨＶ走行モードに設定される。これにより、エンジンからの出力は動力分割機構ＰＳＤによって前輪５０Ｌ，５０Ｒの駆動力と、モータジェネレータＭＧ１での発電用駆動力とに分割される。モータジェネレータＭＧ２による発電電力は、モータジェネレータＭＧ２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ＥＮＧによる出力をモータジェネレータＭＧ２からの出力でアシストして、前輪５０Ｌ，５０Ｒが駆動される。このときハイブリッドＥＣＵ１５は、動力分割機構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ジェネレータＭＧ２の駆動にさらに用いられて、前輪５０Ｌ，５０Ｒの駆動力がさらに増加する。

また、回生制動時には、モータジェネレータＭＧ２は、前輪５０Ｌ，５０Ｒによって回転駆動されて発電する。モータジェネレータＭＧ２の回生発電によって回収された電力は、ＰＣＵ２０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ＥＮＧ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、エンジンからの出力と電気エネルギーを源としたモータジェネレータＭＧ２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およびモータジェネレータＭＧ２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が行なわれる。これにより、環境性能と燃費性能とを兼ね備えたハイブリッド車両１００の商品性が高められている。

しかしながら、ハイブリッド車両１００においては、エンジンの運転状態が走行環境に左右されることから、目標パワーＰｅ＊を下回るパワーしかエンジンから出力されない場合が生じる。たとえば、高地走行時には、大気圧が低いことから空気密度が小さくなるため、通常（低地）走行時における大気圧（１気圧）のときと同様に運転ポイントを設定してエンジンを制御すると、エンジンからは予期しない小さなパワーしか出力されないことになる。

そこで、このようなエンジンの出力パワー不足に対しては、ハイブリッドＥＣＵ１５は、高地走行時には、通常（低地）走行時よりも、車両要求駆動力におけるモータジェネレータＭＧ２の出力割合を大きくし、かつ、エンジンの出力割合を小さくする。これによって、不足出力分をモータジェネレータＭＧ２で賄うことができる。

しかしながら、モータジェネレータＭＧ２の出力割合を大きくすると、モータジェネレータＭＧ２への電力供給のためにバッテリ１０から持ち出される電力が増大する。これにより、バッテリ１０のＳＯＣがＳＯＣ管理範囲から大きく外れて低下し、過放電となる可能性が生じる。

そのため、ハイブリッドＥＣＵ１５は、上述したバッテリ１０の充放電制御に加えて、バッテリＥＣＵ１６０からの推定ＳＯＣが所定の閾値ＳＯＣｔｈを下回った場合には、エンジンの始動が必要と判断してエンジンの始動制御を実行する。なお、所定の閾値ＳＯＣｔｈは、ＳＯＣ管理範囲の下限値よりも低い値に設定されている。エンジン始動制御は、推定ＳＯＣが所定の閾値ＳＯＣｔｈを下回ったときにエンジン始動条件が成立したと判定し、モータジェネレータＭＧ１を、バッテリ１０からの電力供給を受けて電動機として駆動することによってエンジンをクランキングして始動することにより行なわれる。そして、エンジンの始動後において、モータジェネレータＭＧ１の発電した電力がＰＣＵ２０を介してバッテリ１０に充電される。

このように、高地走行時においては、ＳＯＣの低下に応じてエンジンを始動することでバッテリ１０が過放電となるのを回避することができる。その反面、ハイブリッド車両１００としては、エンジンを始動させる頻度が増すことになり、実質的にＥＶ走行モードの実行頻度が低下してしまうこととなる。これは、環境性能および燃費性能でのハイブリッド車両の商品性を損なう結果となる。

そこで、本実施の形態に従うハイブリッド車両の制御装置では、高地走行時のＳＯＣ低下を抑制するために、バッテリ１０の充放電制御におけるＳＯＣ制御中心値ＳＯＣｍｉｄを大気圧に応じて可変に設定する構成とする。

図４は、この発明の実施の形態に従うバッテリの充放電制御を説明するための図である。なお、図４では、ＳＯＣは、バッテリ１０の充電容量に対する充電比率（０から１００％）として表わされている。

図４を参照して、通常（低地）走行時には、ＳＯＣ制御中心値ＳＯＣｍｉｄは、所定の基準値Ｓ１に設定されている。そして、この所定の基準値Ｓ１を含む所定範囲がＳＯＣ管理範囲に設定されている。したがって、ハイブリッドＥＣＵ１５は、バッテリＥＣＵ１６０から推定ＳＯＣを受けると、ＳＯＣ管理範囲と推定ＳＯＣとに基づいて充放電要求パワーＰｂ＊を設定する。

これに対して、高地走行時には、ＳＯＣ制御中心値ＳＯＣｍｉｄは、所定の基準値Ｓ１よりも高い所定値Ｓ２に設定される。すなわち、ＳＯＣ制御中心値ＳＯＣｍｉｄは、通常走行時のＳＯＣ制御中心値ＳＯＣｍｉｄに対して嵩上げされている。

このようにＳＯＣ制御中心値ＳＯＣｍｉｄを嵩上げしたことにより、高地走行時においては、ＳＯＣ管理範囲は、嵩上げ後の所定値Ｓ２を含む所定範囲に変更される。したがって、ハイブリッドＥＣＵ１５は、バッテリＥＣＵ１６０から推定ＳＯＣを受けると、変更されたＳＯＣ管理範囲と推定ＳＯＣとに基づいて充放電要求パワーＰｂ＊を設定する。

したがって、上述したように、エンジンの出力パワー不足を賄うためにモータジェネレータＭＧ２の出力割合を大きくしたことに起因して、バッテリ１０のＳＯＣが著しく低下した場合においても（図中のΔＳＯＣに相当）、低下後のＳＯＣ（図中の点Ｐ２に相当）は、未だ所定の閾値ＳＯＣｔｈを上回っているため、エンジンの始動を必要とすることがない。

これに対して、高地走行時においても、通常走行時と同じＳＯＣ制御中心値ＳＯＣｍｉｄ（＝Ｓ１）に固定した場合には、図４から明らかなように、バッテリ１０のＳＯＣがΔＳＯＣだけ低下すると、低下後のＳＯＣ（図中の点Ｐ１に相当）は所定の閾値ＳＯＣｔｈを下回ってしまうため、エンジンの始動制御が実行されることになる。

このように、本実施の形態に従うバッテリの充放電制御によれば、大気圧に応じてＳＯＣ制御中心値ＳＯＣｍｉｄを可変に設定することにより、高地走行時におけるバッテリ１０のＳＯＣ低下を防止することができる。これにより、エンジンの始動頻度を抑えることができるため、ハイブリッド車両におけるＥＶ走行モードの実行頻度の低下を抑制することができる。その結果、ハイブリッド車両の商品性が確保される。

ここで、ＳＯＣ制御中心値ＳＯＣｍｉｄの嵩上げ量ＳＯＣ＿ｕｐについては、図５に示す大気圧Ｐａと嵩上げ量ＳＯＣ＿ｕｐとの関係に基づいて、大気圧Ｐａが低下するに従って大きくなるように設定される。大気圧Ｐａが低下するほど、エンジンの不足出力分が増加するため、バッテリ１０のＳＯＣ低下が顕著となるためである。

ハイブリッドＥＣＵ１５は、実際には、図５に示す関係を嵩上げ量ＳＯＣ＿ｕｐ設定用マップとして予め所有しておき、大気圧センサ１７４（図３）から入力される大気圧Ｐａに基づいて嵩上げ量ＳＯＣ＿ｕｐを決定する。そして、通常走行時のＳＯＣｍｉｄ（＝Ｓ１）に、決定した嵩上げ量ＳＯＣ＿ｕｐを加算することにより、ＳＯＣ制御中心値ＳＯＣｍｉｄを設定する。

さらに、ハイブリッドＥＣＵ１５は、上述したＳＯＣ制御中心値ＳＯＣｍｉｄの嵩上げ処理を、エンジンが運転されているときに行なう構成とする。エンジンが停止されているとき、すなわち、ＥＶ走行モードの実行中においてＳＯＣ制御中心値ＳＯＣｍｉｄの嵩上げを行なうと、充放電要求パワーＰｂ＊の大きさによっては、エンジンが始動される可能性が生じるためである。

図６は、ハイブリッドＥＣＵ１５により実行されるバッテリ１０の充放電制御ルーチンの一例を示すフローチャートである。このルーチンは、所定時間毎に繰り返し実行される。

図６を参照して、充放電制御ルーチンが実行されると、ハイブリッドＥＣＵ１５は、まず、車速センサ１７２からの車速Ｖ、大気圧センサ１７４からの大気圧ＰａおよびバッテリＣＵ１６０からのバッテリ１０の推定ＳＯＣなど制御に必要なデータを入力する処理を実行する（ステップＳ０１）。

こうしてデータを入力すると、ハイブリッドＥＣＵ１５は、車速Ｖに基づいてエンジンが運転中であるか否かを判定する。具体的には、ハイブリッドＥＣＵ１５は、車速Ｖが所定速度Ｖｅｖを越えるか否かを判定する（ステップＳ０２）。この所定速度Ｖｅｖは、上述したＥＶ走行モードとＨＶ走行モードとを切り換えに用いられる車速であり、一例としてＥＶ走行モードを実行可能な車速の最大値に設定される。

車速Ｖが所定速度Ｖｅｖ以下である場合には、ハイブリッドＥＣＵ１５は、エンジンが停止中であると判定し、ＳＯＣ制御中心値ＳＯＣｍｉｄの嵩上げ量ＳＯＣ＿ｕｐを零に設定する（ステップＳ０３）。

これに対して、車速Ｖが所定速度Ｖｅｖを超える場合には、ハイブリッドＥＣＵ１５は、エンジンが運転中であると判定し、図５の嵩上げ量設定用マップを参照して、大気圧Ｐａに応じた嵩上げ量ＳＯＣ＿ｕｐを設定する（ステップＳ０４）。そして、ハイブリッドＥＣＵ１５は、通常走行時のＳＯＣ制御中心値ＳＯＣｍｉｄに、設定した嵩上げ量ＳＯＣ＿ｕｐを加算し、その加算結果をＳＯＣ制御中心値ＳＯＣｍｉｄに設定する（ステップＳ０５）。

次に、ハイブリッドＥＣＵ１５は、ＳＯＣ制御中心値ＳＯＣｍｉｄを含むＳＯＣ管理範囲を設定し、推定ＳＯＣとＳＯＣ管理範囲とに基づいて充放電要求パワーＰｂ＊を設定する（ステップＳ０６）。そして、ハイブリッドＥＣＵ１５は、バッテリＥＣＵ１６０からのバッテリ電圧Ｖｂとバッテリ電流Ｉｂとの積により、バッテリ１０を充放電する充放電電力Ｐｂを演算すると、充放電要求パワーＰｂ＊と充放電電力Ｐｂとの偏差が打ち消されるように充放電要求パワーＰｂ＊をフィードバック制御により調整する（ステップＳ０７）。

なお、図６に示すルーチンが終了すると、ハイブリッドＥＣＵ１５は、充放電要求パワーＰｂ＊と、アクセル開度Ａｃｃおよび車速Ｖに基づいて算出した要求トルクＴｒ＊に駆動軸の回転数を乗じたものとの和として、要求パワーＰ＊を演算する。そして、その演算した要求パワーＰ＊が駆動軸に出力されるように、エンジンおよびモータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２を運転制御する。

なお、図６のステップＳ０２に示す処理では、車速センサ１７２からの車速Ｖに基づいてエンジンが運転中であるか否かを判定する構成としたが、エンジンＥＣＵ１５０から入力されるエンジンの運転状態に関するデータに基づいて判定する構成としてもよい。

また、ハイブリッドＥＣＵ１５によるバッテリ１０の充放電制御は、実際には、ＣＰＵ（Central Processing Unit）によって実行され、ＣＰＵは、図６に示す各ステップを備えるプログラムをＲＯＭから読出し、図６に示す各ステップを実行してバッテリ１０を充放電制御する。したがって、ＲＯＭは、バッテリ１０の充放電制御をコンピュータＣＰＵに実行させるためのプログラムを記録したコンピュータ（ＣＰＵ）読取り可能な記録媒体に相当する。

この発明の実施の形態と本願発明との対応関係については、バッテリ１０は「電源」を構成し、ＰＣＵ２０は「駆動回路」および「電力動力変換機構」を構成し、ハイブリッドＥＣＵ１５は「制御装置」を構成する。また、図３に示す制御構造において、ハイブリッドＥＣＵ１５は「大気圧取得手段」、「駆動制御手段」、「充放電制御手段」および「エンジン始動制御手段」を実現する。

なお、これらの手段のうち、「大気圧取得手段」については、本実施の形態では、大気圧センサ１７４の出力を取得する構成としたが、これ以外に、エンジンＥＣＵ１５０がエンジンに配設された吸気圧センサの出力に基づいて推定した大気圧を取得する構成としてもよい。

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、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。

この発明の実施の形態に従うハイブリッド車両の構成を説明するブロック図である。 この発明によるモータ駆動装置の構成を示すブロック図である。 この発明の実施の形態に従うハイブリッドＥＣＵにおける制御構造を示すブロック図である。 この発明の実施の形態に従うバッテリの充放電制御を説明するための図である。 ＳＯＣ制御中心値の嵩上げ量と大気圧との関係を示す図である。 ハイブリッドＥＣＵにより実行されるバッテリの充放電制御ルーチンの一例を示すフローチャートである。

符号の説明

１０ バッテリ、１５ ハイブリッドＥＣＵ、１７ 各種センサ出力、３０ 動力出力装置、３５ アクセルペダル、５０Ｌ，５０Ｒ 前輪、６０Ｌ，６０Ｒ 後輪、７０Ｌ，７０Ｒ フロントシート、８０ リアシート、１００ ハイブリッド車両、１０１，１０３ 電源ライン、１０２ アースライン、１１０ コンバータ、１１２，１１４ インバータ、１１５ Ｕ相アーム、１１６ Ｖ相アーム、１１７ Ｗ相アーム、１２２ 電圧センサ、１４０ ＭＧＥＣＵ、１５０ エンジンＥＣＵ、１６０ バッテリＥＣＵ、１７０ アクセルペダルポジションセンサ、１７２ 車速センサ、１７４ 大気圧センサ、Ｃ２ 平滑コンデンサ、Ｄ１〜Ｄ８ 逆並列ダイオード、Ｌ１ リアクトル、ＭＧ１，ＭＧ２ モータジェネレータ、ＰＳＤ 動力分割機構、Ｑ１〜Ｑ８ スイッチング素子、ＳＭＲ１，ＳＭＲ２ システムメインリレー。

Claims (4)

1. エンジンとモータとを動力源として駆動軸に動力を出力するハイブリッド車両の制御装置であって、
   前記ハイブリッド車両は、
   電源と、
   前記電源から電力の供給を受けて、駆動力指令値に従って前記モータを駆動制御する駆動回路と、
   前記エンジンからの動力を電力に変換して前記電源に供給可能に構成された電力動力変換機構とを含み、
   前記制御装置は、
   前記エンジンに吸入される空気の密度の指標となる大気圧を取得する大気圧取得手段と、
   取得された前記大気圧が上昇するに従って、前記駆動軸に要求される要求駆動力における前記モータの発生する駆動力の割合が増加するように、前記駆動力指令値を設定する駆動制御手段と、
   前記電源の状態に基づいて、前記電源の残存容量を推定する残存容量推定手段と、
   前記残存容量の制御中心値と前記残存容量の推定値との偏差に基づいて、前記電源の充放電を制御する充放電制御手段と、
   前記残存容量の推定値が前記制御中心値よりも低い所定の閾値を下回った場合に、前記エンジンを始動するエンジン始動制御手段とを備え、
   前記充放電制御手段は、前記エンジンが運転されているときには、前記大気圧が低下するに従って前記制御中心値が高くなるように、前記制御中心値を設定する制御中心値設定手段を含む、ハイブリッド車両の制御装置。
2. 前記制御中心値設定手段は、前記エンジンが運転されているときには、前記大気圧が低下するに従って前記制御中心値が高くなるように前記制御中心値を設定し、前記エンジンが停止されているときには、前記制御中心値を所定の基準値に設定する、請求項１に記載のハイブリッド車両の制御装置。
3. 前記制御中心値設定手段は、車速が所定の閾値を超えるときには、前記大気圧が低下するに従って前記制御中心値が高くなるように前記制御中心値を設定し、
   前記所定の閾値は、前記ハイブリッド車両が、前記モータのみを動力源とした走行から前記エンジンおよび前記モータを動力源とした走行に切り換えられるときの車速である、請求項２に記載のハイブリッド車両の制御装置。
4. 前記制御中心値設定手段は、前記エンジンが運転されているときには、前記制御中心値を前記所定の基準値から嵩上げし、
   前記制御中心値の嵩上げ量は、前記大気圧が低下するに従って大きくなるように設定される、請求項２に記載のハイブリッド車両の制御装置。

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