JP2009274610A - ハイブリッド車の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】蓄電装置のＳＯＣを更に高精度に制御して燃費の向上を図ることができるハイブリッド車の制御装置を提供する。
【解決手段】エンジンと、力行および発電が可能な少なくとも一つの回転電機と、回転電機と電力の授受を行う蓄電装置と、を備えたハイブリッド車の制御装置において、自車１の走行予定経路を決定する自車走行予定経路決定手段と、自車の走行予定経路を通った先行車１Ａの最高車速情報および関連情報を、外部情報収集端末７０から受信する先行車情報取得手段と、先行車の最高車速情報および関連情報に基づいて回生予測量を算出する回生予測量算出手段と、回生予測量に基づいて前記蓄電装置の目標ＳＯＣを変更する目標値変更手段と、を備えている。
【選択図】図３

Description

本発明は、ハイブリッド車の制御装置に関するものである。

近年、車輪をエンジンおよび／またはモータ（電動機）により駆動して走行するハイブリッド車両が開発されている。このハイブリッド車両では、加速時においてはモータによってエンジンを補助し、減速時においては減速回生によってバッテリなどへの充電を行って、バッテリの残容量（Ｓｔａｔｅ Ｏｆ Ｃｈａｒｇｅ；ＳＯＣ）を確保している。
そして、このバッテリのＳＯＣを好適に制御することにより燃費を向上する技術が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
特許文献１のハイブリッド車両制御方法は、エネルギ貯蔵量（バッテリのＳＯＣ）の上下限を、現在および将来の走行環境に基づき変更するエネルギ貯蔵計画を行うようにして、ハイブリッド車両を制御するものであり、エネルギ貯蔵量が適正上下限範囲にある限り、時々刻々のエンジンとモータの駆動力配分は燃費を最適にするように制御を行うように構成されたものである。
特開２００１−６９６０５号公報

ところで、上述した特許文献１の技術では、走行予定経路や走行環境に基づいてバッテリのＳＯＣの上下限を設定するスケジューリングを行うことが記載されているが、カーナビゲーションシステムに記憶されている情報などの車載情報に基づいて行っているため、その情報はリアルタイムの情報ではなく、それらの情報から算出する予測値の精度には限界があった。また、走行予定経路の車速などを予測し、それに基づいてスケジューリングをしていることからも、予測値の精度に限界があった。

そこで、本発明は、上記事情を鑑みてなされたものであり、蓄電装置のＳＯＣを更に高精度に制御して燃費の向上を図ることができるハイブリッド車の制御装置を提供するものである。

上記の課題を解決するために、請求項１に記載した発明は、エンジン（例えば、実施形態におけるエンジン２）と、力行および発電が可能な少なくとも一つの回転電機（例えば、実施形態におけるモータ３）と、該回転電機と電力の授受を行う蓄電装置（例えば、実施形態におけるバッテリ１２）と、を備えたハイブリッド車（例えば、実施形態におけるハイブリッド車両１）の制御装置において、自車の走行予定経路を決定する自車走行予定経路決定手段と、自車の走行予定経路を通った先行車（例えば、実施形態における先行車１Ａ）の最高車速情報および関連情報を、外部情報収集端末（例えば、実施形態におけるインターナビ情報センタ７０）から受信する先行車情報取得手段と、前記先行車の最高車速情報および関連情報に基づいて回生予測量を算出する回生予測量算出手段と、該回生予測量に基づいて前記蓄電装置の目標ＳＯＣを変更する目標値変更手段と、を備えていることを特徴としている。

請求項２に記載した発明は、エンジンと、力行および発電が可能な少なくとも一つの回転電機と、該回転電機と電力の授受を行う蓄電装置と、を備えたハイブリッド車の制御装置において、自車の走行予定経路を決定する自車走行予定経路決定手段と、前記自車の走行予定経路を走行した先行車の最高車速情報および関連情報を、車車間通信によって取得する先行車情報取得手段と、前記先行車の最高車速情報および関連情報に基づいて回生予測量を算出する回生予測量算出手段と、該回生予測量に基づいて前記蓄電装置の目標ＳＯＣを変更する目標値変更手段と、を備えていることを特徴としている。

請求項３に記載した発明は、前記関連情報は、少なくとも勾配情報を含んでいることを特徴としている。

請求項４に記載した発明は、前記目標値変更手段は、前記蓄電装置の上限ＳＯＣから前記回生予測量を引いた値が前記蓄電装置の下限ＳＯＣより大きいときには、前記蓄電装置の上限ＳＯＣから前記回生予測量を引いた値を前記目標ＳＯＣとして設定し、前記蓄電装置の上限ＳＯＣから前記回生予測量を引いた値が前記蓄電装置の下限ＳＯＣ以下であるときには、該下限ＳＯＣを前記目標ＳＯＣに設定することを特徴としている。

本願の発明者は、走行予定経路内での回生量が、同経路内での最高車速と密接に関連することを見出した。
請求項１に記載した発明によれば、走行予定経路の先行車の実際の最高車速に基づいて回生予測量を算出し、その回生予測量に基づいて目標ＳＯＣを設定するため、今後取得することができると予測される回生予測量を見越して蓄電装置の電力を使用する方向へ制御できる。また、最高車速を用いて目標ＳＯＣを設定するため、平均速度などを使用する場合より蓄電装置の電力を使用する方向へ制御することができる。つまり、蓄電装置の過充電や回生取りこぼしを防止することができる。
また、請求項１に記載した発明では、先行車の最高車速を外部情報収集端末から受信する構成とした。外部情報収集端末から統計処理されたリアルタイムの先行車情報を得ることができるため、自車の車載情報を利用する場合と比べて回生予測量を正確に予測することができる。さらに、先行車の最高車速のみを自車に受信するため、車速パターンを受信して統計処理する場合に比べ自車での統計処理負荷を軽減させることができる。

請求項２に記載した発明によれば、走行予定経路の先行車の実際の最高車速に基づいて回生予測量を算出し、その回生予測量に基づいて目標ＳＯＣを設定するため、今後取得することができると予測される回生予測量を見越して蓄電装置の電力を使用する方向へ制御できる。また、最高車速を用いて目標ＳＯＣを設定するため、平均速度などを使用する場合より蓄電装置の電力を使用する方向へ制御することができる。つまり、蓄電装置の過充電や回生取りこぼしを防止することができる。
また、請求項２に記載した発明では、先行車の最高車速を車車間通信により受信する構成とした。車車間通信によりリアルタイムの先行車情報を得ることができるため、自車の車載情報を利用する場合と比べて回生予測量を正確に予測することができる。

請求項３に記載した発明によれば、勾配情報を参酌することで回生予測量をより精度よく算出することができる。したがって、その回生予測量に基づいて目標ＳＯＣを設定することにより、さらに適切なエネマネ制御をすることができる。

請求項４に記載した発明によれば、今後取得することができると予測される回生予測量を見越して蓄電装置の電力を使用する方向へ制御できる。また、蓄電装置に充電可能な電力に対して回生予測量が多い場合にも、できる限り蓄電装置に充電できるように目標ＳＯＣを変更することができる。

次に、本発明の実施形態を図１〜図７に基づいて説明する。
図１はハイブリッド車両の駆動系の概略構成図である。ハイブリッド車両１は、エンジン２と、このエンジン２の出力軸上に配設され、エンジン２に直結された発電可能な前輪用モータ（モータ）３と、エンジン２の出力軸に連結された変速機５と、変速機５の出力軸に図示しないクラッチなどを介して連結されたディファレンシャル機構８と、ディファレンシャル機構８に連結された左右のアクスルシャフト９ａ，９ｂと、アクスルシャフト９ａ，９ｂに連結された左右の前輪１０ａ，１０ｂとを備えている。なお、変速機５としては、有段変速機またはプーリ・ベルト式無段変速機のいずれも採用可能であり、さらに自動変速機または手動変速機のいずれも採用可能である。

モータ３は、その動作を制御するパワードライブユニット（以下、ＰＤＵという。）１３に接続されている。ＰＤＵ１３は、モータ３へ電力を供給またはモータ３からの電力を回生充電するバッテリ１２に接続されている。バッテリ１２には、その残容量（以下、バッテリＳＯＣまたはＳＯＣという。）を検出するＳＯＣ検出手段１１が接続されている。モータ３は、バッテリ１２からＰＤＵ１３を介して供給された電力によって駆動される。また、モータ３は、減速走行時における前輪１０ａ，１０ｂの回転やエンジン２の動力により回生発電を行って、バッテリ１２の充電（エネルギー回収）を行うことが可能である。さらに、ＰＤＵ１３は、電気制御ユニット（以下、ＥＣＵという。）５０に接続されている。ＥＣＵ５０は、車両全体の各種制御をするための制御装置である。また、ハイブリッド車両１には、車速を検出するメータ４２（図２参照）が備えられている。

図２は、ハイブリッド車両のシステム構成図である。ハイブリッド車両１は、ＩＭＡ制御系ＬＡＮ２０、制御系ＬＡＮ３０、車体系ＬＡＮ４０がそれぞれ構成されており、各ＬＡＮで得られる情報などがＥＣＵ５０に集約され、ＥＣＵ５０において回生予測量の算出など各種制御を行うように構成されている。

ＩＭＡ（Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｍｏｔｏｒ Ａｓｓｉｓｔ）制御系ＬＡＮ２０では、ＥＣＵ５０からの指示により、ＰＤＵ１３およびインバータ２１を制御して、エンジン２を主動力とし、発進や加速など必要に応じてモータ３がアシストして、電気エネルギの回生効率を向上させて、低燃費とクリーン性能を実現できるようにシステム構成されている。

制御系ＬＡＮ３０には、カーナビゲーションシステム３１が接続されている。カーナビゲーションシステム３１は、インターナビ情報センタ７０からの情報を受信可能に構成されており、その情報をＥＣＵ５０に伝送可能になっている。また、制御系ＬＡＮ３０には、ＢＲＫ−ＥＣＵ３２およびＶＳＡ−ＥＣＵ３３で構成されたブレーキ回生協調システム３５が接続されており、ブレーキ３６を制御することで効率良く回生エネルギを取得できるようにシステム構成されている。なお、制御系ＬＡＮ３０に、ＩＨＣＣ（Ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ Ｈｉｇｈｗａｙ Ｃｒｕｉｓｅ Ｃｏｎｔｒｏｌ）３７を接続し、高速走行時のスロットル制御、ブレーキ制御に関して連動するように構成してもよい。

車体系ＬＡＮ４０では、空調機４１やメータ４２が接続され、それらの情報を制御系ＬＡＮ３０を介してＥＣＵ５０に伝送できるように構成されている。そして、ＥＣＵ５０において、各種情報に基づいて回生予測量の算出ができるようになっている。

図３は、ハイブリッド車両とインターナビ情報センタとの通信ネットワークの概略構成図である。ハイブリッド車両（自車）１は、インターナビ情報センタ７０から情報を入手できるようになっている。インターナビ情報センタ７０から入手する情報とは、ある対象区間（ハイブリッド車両１がこれから走行しようとする走行予定経路に含まれる区間）の最高車速である。

ここで、対象区間の設定方法について述べる。例えば、交差点や料金所の手前など、車両の減速ポイントでは、バッテリ１２の回生が期待できる。そこで、このような車両の減速ポイントを含むように、本実施形態のエネマネ制御の対象区間が予め設定されている。なお、この対象区間は、自車１およびインターナビ情報センタ７０に登録されている。

最高車速は、上述した対象区間を既に走行した複数台の先行車両１Ａの車速パターンをインターナビ情報センタ７０が入手し、それら複数の車速パターンから対象区間の時間ごとの最高車速を算出し、データベースに記録したものである。つまり、先行車両１Ａは計測開始地点Ｓから計測終了地点Ｅまでの位置および車速の推移をインターナビ情報センタ７０へ送信するように構成されている。なお、ハイブリッド車両１は、インターナビ情報センタ７０から走行予定経路の勾配情報なども受信可能になっている。

図４は、インターナビ情報センタにて先行車両の情報に基づいて算出した最高車速のイメージ図である。最高車速は、時刻ごとに算出される。最高車速の算出方法としては、例えば時刻ｔ１における複数台の先行車両１Ａの車速を集計する。そして、その対象区間の制限速度（法定速度）などを考慮して、異常値は削除した中での平均値を最高車速として算出する。図４においては、上下それぞれ３点ずつは異常値として削除し、残りの４点の平均を最高車速として算出している。このような統計処理を全ての時刻において実行することで図４のようなグラフが算出される。

（目標ＳＯＣ算出方法）
次に、ハイブリッド車両の目標ＳＯＣの算出方法について図５のフローチャートを用いて説明する。
Ｓ１では、ハイブリッド車両（自車）１の走行予定経路を決定し、Ｓ２へ進む。なお、走行予定経路は、先行車１Ａの交差点での進入確率や通勤経路記憶手段などの学習機能に基づいて決定している。

Ｓ２では、Ｓ１で決定した走行予定経路内にエネマネ制御の対象区間が含まれているか否かを判定し、対象区間が含まれている場合にはＳ３へ進み、対象区間が含まれていない場合には処理を終了する。

Ｓ３では、ハイブリッド車両１が、インターナビ情報センタ７０からこれから走行する走行予定経路（対象区間）の最高車速情報および勾配情報を受信して、Ｓ４へ進む。

Ｓ４では、最高車速情報および勾配情報から回生予測量を算出して、Ｓ５へ進む。
ここで、回生予測量の算出方法について詳述する。まず、図７は、減速開始車速（最高車速）と回生量との関係を示したグラフである。車両が交差点の手前などで減速する場合には、減速を開始する速度（図７の減速開始車速）が最高速度となり、減速中に回生処理が行われる。本願の発明者は、様々な走行条件で実験を行うことにより、減速開始車速と回生量との関係が図７のグラフで示されることを見出した。すなわち、減速開始車速（最高車速）が速いほど、回生量は大きくなる。これは、道路状態や走行場所などに影響せず、また、特に最高車速が６０ｋｍ／ｈ以上になると、最高車速と回生量とは略比例関係になっていることが分かる。さらに、走行予定経路内の最高車速が同じ場合でも、走行予定経路内の平均勾配が下り勾配（降坂）の場合には回生量が多くなり、上り勾配（登坂）の場合には回生量が少なくなると考えられる。そこで、本実施形態のＥＣＵ５０に設けられているＲＡＭには、図７のグラフを勾配情報に基づいて補正した図６に示す回生予測量テーブルを備えている。この回生予測量テーブルでは、同じ最高車速の場合でも勾配により回生予測量が異なっており、降坂の場合の方が登坂の場合より回生予測量が大きくなっている。
つまり、回生予測量は、図６の回生予測量テーブルを用いて算出される。

Ｓ５では、予め設定されているバッテリ１２の上限ＳＯＣと回生予測量との差分を算出し、その結果が予め設定されているバッテリ１２の下限ＳＯＣより大きいか否かを判定する。上限ＳＯＣと回生予測量との差分が下限ＳＯＣより大きい場合にはＳ６へ進み、上限ＳＯＣと回生予測量との差分が下限ＳＯＣ以下の場合にはＳ７へ進む。

Ｓ６では、上限ＳＯＣと回生予測量との差分を目標ＳＯＣとして設定し、処理を終了する。

Ｓ７では、下限ＳＯＣを目標ＳＯＣとして設定し、処理を終了する。

そして、対象区間の開始前までに目標ＳＯＣに到達するようにバッテリ１２からの電力供給で駆動されるモータ３の利用比率を高くして、エンジン２の利用比率を低くする。このようにすることで、ハイブリッド車両１の燃費を向上させることができる。つまり、上述のように目標ＳＯＣを設定し、バッテリ１２を効率的に使用することで、今後取得することができると予測される回生予測量を確実に取得することができる。

本実施形態によれば、ハイブリッド車両１の制御装置において、走行予定経路の先行車１Ａの実際の最高車速に基づいて回生予測量を算出し、その回生予測量に基づいて目標ＳＯＣを設定するため、今後取得することができると予測される回生予測量を見越してバッテリ１２の電力を使用する方向へ制御できる。また、最高車速を用いて目標ＳＯＣを設定するため、平均速度などを使用する場合よりバッテリ１２の電力を使用する方向へ制御することができる。つまり、バッテリ１２の過充電や回生取りこぼしを防止することができる。
また、先行車１Ａの最高車速情報をインターナビ情報センタ７０から受信する構成としたため、インターナビ情報センタ７０から統計処理されたリアルタイムの先行車情報を得ることができる。したがって、自車１の車載情報を利用する場合と比べて回生予測量を正確に予測することができる。さらに、先行車１Ａの最高車速のみを自車（ハイブリッド車両１）に受信するため、車速パターンを受信して統計処理する場合に比べ自車での統計処理負荷を軽減させることができる。

また、インターナビ情報センタ７０からハイブリッド車両１に送られる情報に、勾配情報も盛り込むことで、その勾配情報を参酌することで回生予測量をより精度よく算出することができる。したがって、その回生予測量に基づいて目標ＳＯＣを設定することにより、さらに適切なエネマネ制御をすることができる。

さらに、バッテリ１２の目標ＳＯＣを設定する際に、バッテリ１２の上限ＳＯＣから回生予測量を引いた値が下限ＳＯＣより大きいときは、バッテリ１２の上限ＳＯＣから回生予測量を引いた値を目標ＳＯＣとして設定し、バッテリ１２の上限ＳＯＣから回生予測量を引いた値が下限ＳＯＣ以下であるときは、下限ＳＯＣを目標ＳＯＣに設定するようにしたため、今後取得することができると予測される回生予測量を見越してバッテリ１２の電力を使用する方向へ制御でき、バッテリ１２に充電可能な電力に対して回生予測量が多い場合にも、できる限りバッテリ１２に充電できるように目標ＳＯＣを変更することができる。

尚、本発明の技術範囲は上述した実施形態に限られるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において、上述した実施形態に種々の変更を加えたものを含む。すなわち、実施形態で挙げた具体的な構造や数値などはほんの一例に過ぎず、適宜変更が可能である。
例えば、本実施形態において、１モータ型のハイブリッド車を用いて説明したが、２モータ型のハイブリッド車にも適用できる。なお、２モータ型のハイブリッド車とは、エンジン始動および発電用に用いるモータと、エンジンの動力を伝達可能な走行用モータとを備えたものである。

また、本実施形態において、先行車の最高車速情報などをインターナビ情報センタより入手する場合の説明をしたが、自車と単数または複数の先行車との間で車車間通信を行うことで、先行車の最高車速情報などを入手するようにしてもよい。

また、本実施形態における走行予定経路は、目的地が入力された場合のみならず、通勤路などの日常走行経路学習、交差点情報、および道路情報などによる走行経路予測により設定することが可能である。

また、本実施形態における回生予測量は、車速と勾配を基に算出しているが、走行予定経路の車両状況、環境・路面状況などの走行状況予測により回生予測量を決定することも可能である。例えば、走行予定経路に登坂が含まれていれば登坂性能確保したり、運転者がスポーツ走行していると判断すれば動力性能確保のために回生予測量を下げたり、降坂が含まれていれば充電が見込めるため回生予測量を上げたり、気温や湿度などの情報からエアコンの放電負荷を考慮して回生予測量を算出したりしてもよい。

さらに、下限ＳＯＣはバッテリ容量のみならず、車両・環境状況、運転者の操作・嗜好などに応じて決定してもよい。

本発明の実施形態におけるハイブリッド車両の駆動系の概略構成図である。 本発明の実施形態におけるハイブリッド車両の概略システム構成図である。 本発明の実施形態におけるハイブリッド車両とインターナビ情報センタとの通信ネットワークの概略構成図である。 本発明の実施形態におけるインターナビ情報センタにて先行車両の情報に基づいて算出した最高車速のイメージ図である。 本発明の実施形態におけるハイブリッド車両の目標ＳＯＣの算出方法を示すフローチャートである。 本発明の実施形態における回生予測量テーブルのイメージ図である。 本発明の実施形態における最高車速と回生量との関係を示したグラフである。

符号の説明

１…ハイブリッド車両（ハイブリッド車） １Ａ…先行車 ２…エンジン ３…モータ（回転電機） １２…バッテリ（蓄電装置） ７０…インターナビ情報センタ（外部情報収集端末）

Claims (4)

1. エンジンと、
   力行および発電が可能な少なくとも一つの回転電機と、
   該回転電機と電力の授受を行う蓄電装置と、を備えたハイブリッド車の制御装置において、
   自車の走行予定経路を決定する自車走行予定経路決定手段と、
   自車の走行予定経路を通った先行車の最高車速情報および関連情報を、外部情報収集端末から受信する先行車情報取得手段と、
   前記先行車の最高車速情報および関連情報に基づいて回生予測量を算出する回生予測量算出手段と、
   該回生予測量に基づいて前記蓄電装置の目標ＳＯＣを変更する目標値変更手段と、を備えていることを特徴とするハイブリッド車の制御装置。
2. エンジンと、
   力行および発電が可能な少なくとも一つの回転電機と、
   該回転電機と電力の授受を行う蓄電装置と、を備えたハイブリッド車の制御装置において、
   自車の走行予定経路を決定する自車走行予定経路決定手段と、
   前記自車の走行予定経路を走行した先行車の最高車速情報および関連情報を、車車間通信によって取得する先行車情報取得手段と、
   前記先行車の最高車速情報および関連情報に基づいて回生予測量を算出する回生予測量算出手段と、
   該回生予測量に基づいて前記蓄電装置の目標ＳＯＣを変更する目標値変更手段と、を備えていることを特徴とするハイブリッド車の制御装置。
3. 前記関連情報は、少なくとも勾配情報を含んでいることを特徴とする請求項１または２に記載のハイブリッド車の制御装置。
4. 前記目標値変更手段は、前記蓄電装置の上限ＳＯＣから前記回生予測量を引いた値が前記蓄電装置の下限ＳＯＣより大きいときには、前記蓄電装置の上限ＳＯＣから前記回生予測量を引いた値を前記目標ＳＯＣとして設定し、
   前記蓄電装置の上限ＳＯＣから前記回生予測量を引いた値が前記蓄電装置の下限ＳＯＣ以下であるときには、該下限ＳＯＣを前記目標ＳＯＣに設定することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のハイブリッド車の制御装置。

Images